2000年，参加“新加坡先生”男模选拔大赛，获得总决赛冠军，并取得了代表新加坡参加“世界先生”比赛的资格。 2001年，代表新加坡参加了“世界先生”名模大赛，获得总决赛冠军、最佳身材奖，从而正式进入演艺圈。 2004年，与王心凌、明道合作主演偶像剧《天国的嫁衣》，在剧中饰演英挺自信且冷傲不凡的男主角陆子皓，这是他的首部电视剧作品，从而受到关注  ；同年，出演阮世生执导的爱情喜剧电影《绝世好宾》，在片中饰演一名保镖，这是他的首部电影作品。 2005年，与刘品言、阮经天、宋智爱合作主演青春偶像剧《绿光森林》，在剧中饰演风度翩翩且举止优雅的男主角威廉·史宾赛  。 2006年，客串王心凌、张栋梁、Gino主演的偶像剧《微笑Pasta》，在片中饰演田欣的男朋友夏天。 2007年，与林志颖、刘荷娜、洪小玲合作主演浪漫爱情偶像剧《放羊的星星》，在剧中饰演个性低调、甚至有些优柔寡断的E.Shine集团大少爷仲天骏  ；同年，与黄奕、刘桦、邓家佳合作主演古装爱情喜剧电影《十全九美》，在片中饰演贵为太子却沉迷于木艺的男主角朱笑天，这是他首次在影视作品中尝试古装扮相  。 2008年11月15日，其演唱的歌曲《爱是流动的》获得“第九届东南劲爆音乐榜颁奖典礼”十大金曲奖  。 2009年，入围“华鼎奖颁奖典礼”最具商业价值演员奖及最具公益形象艺人奖  ；同年，出演周小刚执导的都市情感励志剧《张小五的春天》，在剧中饰演帅气有为且温文尔雅的男主角温雅彬  ；11月3日，获得第6届时尚COSMO美容盛典年度突破造型大奖  ；此外，他还出演了林博生执导的偶像剧《蓝海一加一》，并在剧中饰演了凡事讲求品味、要求完美的男主角柳信河。 2010年，出演马伟豪执导的爱情喜剧电影《我的野蛮女友2》，在片中饰演身为书店老板的男主角健宇，并与熊黛林一同为该片演唱主题曲《我爱你》  。 2011年1月18日，获得“风尚中国榜颁奖典礼”年度风尚影视男明星奖  ；同年8月26日，获得“乐视影视盛典”港台地区最受欢迎男演员奖  。 2012年，出演吴耀权执导的惊悚动作电影《地域无门》，在片中饰演心思缜密且性格复杂的记者常在；同年8月，获得“亚洲偶像盛典”最佳海外艺人奖  。 2013年，出演温成林执导的商战悬疑情感剧《诱惑》，在剧中饰演帅气多金的男主角陈明宇  ；同年，出演沈东执导的奇幻爱情电影《时光恋人》，在片中饰演追求进步且满怀理想的男主角孙志扬。 2015年，出演杨竞泽执导的惊悚悬疑电影《诡劫》，在片中饰演外表帅气、气质儒雅的牙科医生冉平  ；同年，出演郑来志执导的爱情电影《致我们终将到来的爱情》，在片中饰演成熟稳重且用情至深的刘杰；随后，出演何宁执导的爱情微电影《指应有你》  。 2016年，与陈天文合作主演剧情电影《露露的电影》，这也是他首次在家乡新加坡拍摄电影  ；同年，与李晟、魏千翔合作主演都市情感剧《赛小花的远大前程》，在剧中饰演女主角赛小花的上司乔马  。 2018年9月，主演电影《冷恋时代》。 2019年10月20日，爱情喜剧电影《下一站·爱情》由导演蒋国权、郑安坚联合执导，立威廉与黄圣依、吕丽萍主演。