2006年，因在沈星浩执导的电视剧《沙家浜》中饰演大头一角而踏入演艺圈；同年，搭档杜淳、马雅舒等人出演电视剧《换子成龙》；随后，加盟林大庆执导电视剧《鉴真东渡》，在剧中饰演如海一角。 2007年，搭档刘恺威、马雅舒等合作出演电视剧《顺娘》，剧中饰演来发一角。 2008年，参演丁小雄执导的电视剧《我的傻老婆》饰演苏小刀一角；同年，在谭友业执导古装武侠电视剧《书剑恩仇录》中饰演童兆和一角。 2009年，加盟于立清执导的抗日战争电视剧《黑玫瑰》，在剧中饰演角色陈应杰；同年8月，与张翰、俞灏明、魏晨等人合作出演的校园偶像剧《一起来看流星雨》在湖南卫视播出，他在剧中扮演幕容家管家解甲龙。 2010年6月，与陈乔恩、邱泽、冯绍峰、路晨等合作出演电视剧《佳期如梦》在湖南卫视播出；与此同时搭档唐嫣、张檬、戚薇、邱泽、陈楚河等人出演的都市情感剧《夏家三千金》开机，他在剧中饰演层峰建设总经理严格的助理小陈一角；同年，8月《一起来看流星雨》的续作《一起又看流星雨》在湖南卫视播出，继续饰演解甲龙。 2011年6月，搭档路晨、李承铉等联袂主演的家庭情景剧《宝贝妈妈宝贝女》在湖南卫视播出，他在剧中饰演凯文一角；同年8月，在梁修身执导的电视剧《下一个奇迹》饰演何群一角。同年12月，搭档赵丽颖，陈晓，乔任梁，杨蓉，唐艺昕等人出演的古装电视剧《陆贞传奇》开机，在剧中饰演经常欺辱陆贞的赵全。 2012年，参演偶像剧《真爱惹麻烦》、《世界上的另一个我》，分别扮演角色郑凯昀和史密思。 2013年，在李慧珠、邓伟恩联合执导的年代抗争剧《像火花像蝴蝶》中饰演宋永芳的房东；同年参演宋洋执导电视剧《天才碰麻瓜》，饰演饰演了阴险狡猾的秘书王事实；同时参演电影《警察故事2013》饰演一名DJ；还参演电视剧《80婚约》、《新京华烟云》、《新神雕侠侣》，分别饰演角色瓜瓜、藤井、裘千仞。 2014年，参演由张翰、吴映洁、路晨、纪亚文等联袂主演的异能偶像剧《不一样的美男子》，在剧中饰演一位演艺公司的总经理； 同年，出演范志博、王学兵、陶洋、谭凯等联袂主演的电视剧《看守所风云》饰演朱小平一角。 2015年，参演沈怡、丁仰国、管健壮、周国栋联合执导的偶像励志剧《幸福归来》，饰演秘书王伟胜；同年参演姚笛、郭品超等联袂主演的电视剧《王小米驯夫记》。 2016年，主演的悬疑爱情剧《寻找爱的冒险》播出，在剧中他饰演一个对蓝翎用情很深的富家子弟石磊。 2017年，参演赵小鸥、赵小溪联合执导的悬疑冒险网络剧《鬼吹灯之牧野诡事》，在剧中饰演胡八一的好哥们王胖子；同年，与TFBOYS、薛之谦、李小璐等联袂主演的青春校园剧《我们的少年时代》，饰演脾气暴躁、报复心强的教导主任焦安。 2020年8月3日，出演电视剧《我好喜欢你》，饰演Daly大力；12月14日，出演青春爱情校园剧《百岁之好，一言为定》，饰演赵老师。 2021年12月，李世鹏参演的爆笑喜剧电影《卧鼠藏虫》曝光定档海报,并宣布将于2022年3月4日全国公映。