1997年主演《十七岁不哭》中的简宁出道；2006年出演《士兵突击》；[1] 2010年前往台湾国立暨南国际大学交换学习，并学习台语，出版了《火车环岛台湾自由行》；同年出版首部文字摄影集《晨光倒影》；监制并主演了以自己小说《无敌》为剧本雏形的电视剧《北京爱情故事》；在电影《建党伟业》中首次出演历史人物张国焘。
2011年，李晨继续拓宽戏路。出演电影《杨善洲》；凭借《忠烈杨家将》获第五届英国万像国际华语电影节好佳男配角提名。
2012年，首次与赵宝刚导演合作出演电视剧《北京青年》，凭此剧斩获第八届中国华鼎奖百强电视剧好佳男主角、偶像励志题材电视剧好佳男演员双项提名；《草帽警察》入围第21届上海电视节白玉兰奖；出演冯小刚电影《唐山大地震》入围第31届大众电影百花奖；首次上榜福布斯中国名人榜，位列第56名；同年以宏晨车队队长的身份参加环塔拉力赛，录制了大型纪录片《征途》。
2013年，监制并主演了电视剧《好家伙》；突破性地尝试了医院题材电视剧《到爱的距离》；客串历史剧《北平无战事》；在央视春晚上演唱插曲《嘀嗒》；主演的首部微电影《致父亲》获好佳剪辑奖；同年赴美国拍摄音乐旅行真人秀节目《畅游天下》第二季。
2014年，加盟综艺节目《奔跑吧兄弟》并主演电影版。[2-3]
2015年，主演的电影《咱们结婚吧》上映。
2015年5月29日，公开与范冰冰恋情。[4]