2016年10月，参演悬疑惊悚片《少女龙婆》，在片中饰演比基尼少女Lulu，从而正式进入演艺圈。12月，主演由孙放执导的竞技青春校园剧《电竞纪元》，在剧中饰演拥有高颜值个性古灵精怪的电竞选手周逸阳。

2017年1月，与刘海宽共同主演青春校园奇幻剧《我的仙界学院》，在剧中饰演勇闯仙界的凡间少女墨玹。7月，与徐璐、阮经天共同主演冒险悬疑剧《鬼吹灯之黄皮子坟》，在剧中饰演性格淳朴、率真可爱的燕子。12月，凭借《鬼吹灯之黄皮子坟》获得年度潜力电视剧女演员奖 ；同月，主演的网络剧《何人生还》正式开机，在剧中饰演高颜值犯罪心理学专家那兰。

2018年9月，与杨洋、江疏影共同主演的青春励志剧《全职高手》杀青，在剧中饰演颜值与实力并存的唐柔。10月，与徐正溪、王玉雯共同主演的古装奇幻剧《九州·天空城II》开机，在剧中饰演集英气与柔情于一身的女将军涟漪。12月，与尼坤、王霏霏、王子睿共同主演都市职场爱情轻喜剧《勇往直前恋上你》，在剧中饰演陈欣悦。

2019年7月24日，主演的电子竞技题材青春励志剧《全职高手》在腾讯视频上线，李沐宸在剧中饰演毫不服输的唐柔；同年出演《我的漂亮朋友》中“花花”一角。