2000年，林雨申在李少红导演的赏识下获得首次出演影 视剧的机会，他在家庭伦理剧《橘子红了》中饰演与封建礼教做斗争的激进青年古沛帆。2001年，在歌舞剧《天地七月情》中独唱歌曲《爱你到天涯》。2002年，出演剧情片《里安奇遇记》。2003年，在青春都市剧《你在微笑我却哭了》中饰演小混混方子。

2004年，与刘烨、何润东、张铁林共同出演古装剧《荆轲传奇》。2005年，出演古装剧《长剑相思》；同年，在电视电影《冯齐的忏悔》中塑造了男主角冯齐经历丰富、个性复杂的人物形象，并凭借该片获得第34届国际艾美奖最佳男演员提名，成为首位获得该奖项提名的亚洲男演员。

2006年，主演爱情剧《天地真情》，在剧中饰演因心地真诚善良而被誉为“痴情开心果”的赵无忌；6月，与陈坤、杨幂共同主演惊悚片《门》，在片中饰演油腔滑调、有些神经质的出租车司机李作文；7月12日，与归亚蕾、吴军、何琳合作主演的家庭伦理剧《麻辣婆媳》在央视播出，他在剧中扮演潇洒多情的高级白领吴英为，并与其他六位主演共同演唱该剧的片尾曲《家》。

2007年1月，获得BQ2006年度红人榜年度潜力红人奖；4月 ，与周迅、吴彦祖共同出演爱情悬疑片《明明》；9月7日，主演的青春爱情片《意乱情迷》上映，他在片中饰演有人生理想和追求目标的80后青年阿抗 ；11月，担任国际艾美奖评委；同年，主演纪念香港回归十周年的商战剧《荣归》，在剧中饰演冷静沉着、个性自负的股市独狼李明捷，并与毛阿敏合唱该剧的主题曲《公元一九九七》。

2008年，在古装剧《天地民心》中饰演没有丰功伟绩、饱受骂名的咸丰帝；2月14日，主演的爱情片《不敢说爱你》上映，他在片中饰演受过感情重创的服装店老板李黑子，并凭借该片入围第9届电视电影百合奖最佳男演员；同年，主演都市喜剧《找呀找呀找朋友》，在剧中饰演理智幽默、做事认真的工程师李帆；6月，在中国内地首部电子竞技网络电影《电竞之王》中饰演怀揣着电子竞技梦想的顾晓飞；12月，获得BQ红人榜年度优质偶像奖。

2009年，与海清、黄海波共同主演家庭轻 喜剧《媳妇的美好时代》，在剧中饰演任性风流的魔术师毛锋，他在该剧开机前两个月拜师学习各种魔术表演手法；2月，发行都市时尚风格的电子舞曲《完美情人》，这也是其推出的首支个人单曲；3月，发行R&B风格的情歌《深深的爱》；4月，在媒体举办的“80后新生代娱乐大明星”评选活动中，与胡歌、张峻宁、朱雨辰被评为“四大小生”；同年，主演农村题材的数字电影《绿野飞花》，在片中饰演引领时尚潮流的服装设计师刘维，这也是其首次出演乡村题材的电影

2010年，与沙溢、王维维共同主演家庭伦理剧《婆婆来了》，在剧中饰演时髦的青年海归方鸿俊；同年，在与黄小蕾、吴军、贾青合作主演的爱情剧《三十而嫁》中饰演淡泊名利的富二代马林；4月，发行中国风风格的情歌《许我一个红楼梦》；6月，凭借家庭轻喜剧《媳妇的美好时代》获得第16届上海电视节票选最具潜力男演员奖。

2011年1月，凭借歌曲《许我一个红楼梦》获得雪碧中国原创音 乐流行榜颁奖礼“2010年度内地金曲奖”；4月2日，主演的恐怖片《夜惊魂》上映，他在片中饰演自信满满的私家侦探乔凉；5月13日，主演的数字电影《落难神偷》上映，他在片中饰演活跃在法租界的的神偷陆天尧；同年，与茹萍、娟子共同主演都市情感剧《给你生命给我爱》，他在剧中改变银幕形象，饰演帅气痴情的民警赵晨宇；11月，担任第39届国际艾美奖评委。

2012年3月14日，其主演的情感伦理剧《守望的天空》播出，他在剧中饰演生活优越、个性叛逆的墨理。2013年8月，在青春励志剧《青春驿站》中饰演放荡不羁的富家公子李波罗；8月13日，主演的家庭伦理剧《独生子》播出，他在剧中饰演成熟稳重却又被家庭、事业琐事缠身的牙医李奥；11月30日，与李沁合作主演的都市言情剧《花开半夏》在湖南卫视播出，他在剧中饰演气质桀骜不驯、对爱深情守护的男主角魏如风。

2014年，与王子文、岳红共同主演青春励志剧《青春无季》，在剧中饰演成熟稳重、有胆有识的市治安队警官宋健明；5月16日，其主演的爱情片《求爱嫁期》上映，他在片中饰演经验丰富的生态摄影师林帆。2015年4月26日，与高露、严晓频共同主演的都市情感剧《爱情合约》播出，他在剧中饰演善于察言观色的读心神探丁博文。

2016年，与陈思斯、刘恩佑合作主演都市情感剧《亲密的搭档》，在剧中饰演聪明机智、正直善良的富家公子乔天宇；同年，在与马德钟、张璇共同主演的抗战剧《热血勇士》中饰演英勇果敢、智商情商皆高的爱国军官高临峰。

2017年3月，在公安题材的电视剧《江城警事》中饰演恪尽职守的社区警察杨先；4月17日，其主演的警匪剧《卧底归来》在江苏城市频道播出，他在剧中饰演潇洒痞帅的卧底宝玉；同年，主演都市情感剧《我是幸运儿》，在剧中饰演单纯、深情的高富帅丁学琪；7月，与张翰、阚清子合作主演都市情感剧《如若巴黎不快乐》。2019年2月27日，在曾舜晞、陈钰琪、祝绪丹主演的古装武侠剧《倚天屠龙记》中饰演风流潇洒、傲桀不凡的光明左使者杨逍。11月1日，出演的电影《越域重生》上映。