2015年，还在高中就读的郭子凡参演了青春疼痛网络剧《会痛的17岁》。之后，加入养成节目《燃烧吧少年》训练营成为天娱练习生，并通过筛选成为16名录制节目选手之一；该节目于11月21日在浙江卫视播出。同期录制由腾讯视频出品的直播节目《少年频道》。12月26日，科幻微电影《光》在浙江卫视播出，在片中郭子凡饰演一名在外太空的人类，解救遇到危险的马思纯。12月31日，亮相于浙江卫视“奔跑吧2016”跨年演唱会，与队友串烧表演《今天你要嫁给我》和节目主题曲《Be a Man》。

2016年1月，参与拍摄公益主题短片《少年自救防火墙》。2月6日在《燃烧吧少年》总决赛直播中，郭子凡与队友获得总分503分赢得比赛，并以舞蹈担当的身份与伍嘉成、谷嘉诚和赵磊获得X-Fire团体封号。9月24日，X玖少年团同名数字专辑《X玖》上线，专辑共收录了《以己之名》、《B.O.Y.S》、《永字八法》和《Be A Man》四首歌曲，仅一分钟累计购买量突破一万。9月28日，参加X玖少年团出道发布会并以舞蹈担当的身份正式出道；同时，与队友首次现场表演《以己之名》。9月29日，参演的校园星座超能力网络剧《超星星学园》在腾讯上线，郭子凡搭档洪辰，在剧中饰演周董一角，保护白白。11月6日，参加首届粉丝嘉年华年度盛典并演唱《以己之名》，随X玖少年团获得“明星势力榜年度新人团体”奖项。11月19日，组合网络综艺《X玖少年频道》在腾讯视频上线。12月10日，参加腾讯视频星光大赏盛典，并获得了“年度青春大势男团奖”。12月31日，在江苏卫视“17聚幸福”跨年演唱会上表演歌曲《B.O.Y.S》。

2017年1月20日，加盟湖南卫视小年夜春晚，演绎经过改编的小虎队歌曲《新年快乐》，为观众唱响新年祝福。2月18日，随组合参与录制的嘉宾访谈游戏综艺节目《快乐大本营》在湖南卫视播出，展示了自己的舞蹈才艺。3月24日，随组合参与录制的以”春天在哪里“为主题的娱乐脱口秀节目《天天向上》在湖南卫视播出。4月2日，随组合在上海举行以“以己之名”为主题的演唱会。4月28日，随组合为腾讯游戏《天天炫斗》演唱三周年主题曲《炫斗青春》。之后，在亚洲金曲大赏和亚洲新歌榜上，随组合获得两项“年度最受欢迎团体奖” 。11月29日，郭子凡作为北京电影学院学生代表之一和中国百所高校学生代表在共青团中央学校部指导下共同录制的《中国梦》青春版MV上线。12月31日，再度加盟江苏卫视“2018让幸福照亮你”跨年演唱会，串烧表演《乱世巨星》和《We Want What We Want》 。

2018年1月，随组合发布第二张专辑《Keep Online》，专辑收录《We Want What We Want》、《永不下线的，才算爱吗》和《Big Show》等歌曲。2月15日，随组合参加的以“喜到福到好运到”为主题的《春晚倒计时》在中央电视台综艺频道播出，在节目中表演《新年快乐》。2月16日，参演的东方魔幻冒险喜剧片《捉妖记2》在中国内地上映，在片中饰演了永宁村少妖团成员之一  ；同时，随剧组《捉妖记2》参与录制的室内竞技真人秀节目《王牌对王牌第三季》在浙江卫视播出。2月17日，随组合参与录制的由中华全国体育总会主办的节目《奔跑吧，新时代——2018体育嘉年华》在东方卫视首播，在节目中与张常宁和雷声合唱歌曲《我要上奥运》。5月23日，参演的古装言情偶像剧《哦！我的皇帝陛下第二季》在腾讯视频上线，在剧中郭子凡饰演严以律己、知人善任的北堂靖。5月4日，由中宣部、教育部、共青团中央指导，中央广播电视总台承办的《筑梦新时代》——2018年“五月的鲜花”全国大中学生文艺会演在中央电视台综合频道播出，郭子凡随组合与SNH48共同演唱《最好的舞台》。10月4日，随组合在杭州举行“Keep Online”巡回演唱会首站 。

2019年5月4日，由北京电影学院各院系青年学生运用专业所学，跨院系联合创作拍摄原创MV《青春路上》发布，郭子凡作为表演系学生参与演唱歌曲，献礼纪念五四运动100周年。7月31日，参演的由汪俊执导的都市情感励志剧《小欢喜》在东方卫视、浙江卫视首播，郭子凡在剧中饰演高三学生季杨杨，面对各种各样“成长的烦恼”；郭子凡凭该角色获得国剧盛典“青春演艺新生代”奖。9月10日，根据泰国电视剧《极限S：滑板篇》改编的《极限17：滑魂》在腾讯视频和芒果TV上线，郭子凡在剧中饰演身患抑郁症的少年杨步凡，通过学习滑板收获友谊、走出人生阴霾。11月，与冯绍峰、文淇合作主演轻科幻冒险悬疑剧《致命愿望》。

2020年，参演献礼建党百年主旋律电影《1921》。