一九九七年，年仅十九岁的李晨刚考上艺术学校，还没开始系统的学习表演，便在千余人的竞争中取得成功，在校园青春剧十七岁不哭中扮演男主简宁，进而正式进到娱乐圈；同一年，与颜丹晨、张超、炀姿白云合作出演青春剧情片花季·雨季，在影片中扮演善于打篮球的体育委员王笑天。06年，与王宝强、陈思诚、段奕宏合作出演青春剧士兵突击，在剧里扮演坚持自己的原则、满怀希望和自信的少校吴哲，这也是他与段奕宏继刑警本色后的再次合作；同一年，出演有张涵予、邓超、廖凡出演的战争主题影片集结号，在影片中扮演解放军干事刘干事。二零零九年，与廖凡、张译、杨烁合作出演抗日剧生死线，在剧里扮演上尉副官龙文章；同一年十月，凭借着影片极限救援入围“第三十七届国际艾美奖”最佳男主角奖；同一年，与徐帆、张静初、陈道明合作出演灾难电影唐山大地震，在影片中扮演女主角方登的弟弟方达。
2021年6月12日，李晨主演的电影超越播映；7月1日，参演的影片1921播映，在影片中扮演李大钊；5月25日，出演的建党一百周年重大革命历史题材献礼剧光荣与梦想播出，7月9日，出演的抗疫主题影片中国医生播映。