1980年，主演电视剧《吾土吾民》，凭此剧入围电视金钟奖最佳男演员奖。1986年，出演民国爱情剧《几度夕阳红》，是琼瑶由小说改编的首部作品，李天柱饰魏如峰。同年出演电视剧《烟雨蒙蒙》，在剧中饰演陆尓豪。1987年，参与由琼瑶同名小说改编而成的爱情伦理剧《庭院深深》，李天柱扮演欧冠中。1988年，与秦汉，刘雪华搭档，出演刘立立执导的偶像爱情剧《在水一方》，饰左雨农。1989年，与俞小凡共同主演了爱情剧《一往情深》，饰方文安。同年，与林在培主演爱情剧《追妻三人行》。

1991年，与徐乃麟合作出演爱情剧《今生未了情》。同年出演《花系列》在剧中饰演野菊。1992年，在由马景涛和岳翎主演的琼瑶作品《青青河边草》中饰魏一鸣。在《花系列》剧中饰演琉璃花。同年出演蒲腾晋指导的《大红灯笼高高挂》饰演赵宁生。1998年，在《红颜花》中饰演王庭风。

2000年，在窦智孔，张惠春主演的青春言情剧《爱情风暴美丽99》中饰王承泰。同年出演《贞女烈女豪放女》并在剧中饰演单福安。2001年，主演了王晓海、章可中、杨尚儒联合执导的单元系列剧《幸福时光》，饰胡胜川。同年出演由冯兴华指导的电视剧《天堂来的孩子》饰演海韵父。出演杜德伟主演的《眉飞色舞》，饰演沈世轩。

2003年出演由杨冠玉指导，林依晨主演的电视剧《我的秘密花园》饰演范家达。2004年出演柯钦政指导的电视剧《火线任务》并饰演苗正。2005年出演董洁、方中信主演的《天若有情2》，饰演季长宇。2005年12月，出演台湾偶像剧《白袍之恋》，与安以轩合作，李天柱饰演刘教授 ，凭此剧获得第四十一届金钟奖影帝。2007年，出演由明道、陈乔恩主演的《樱野三加一》饰演夏警官。

2010年1月，与江宏恩主演了家庭情感剧《忘掉我是谁》，李天柱扮演了一名痴情郎的形象 ；9月，加盟了由孙俪、陈建斌共同主演改编自同名网络小说的宫廷情感剧《后宫·甄嬛传》，李天柱扮演了太监苏培盛 。2011年12月，搭档贺军翔、张璇，主演了青春情感励志剧《加油妈妈》，李天柱在该剧中力挑姚浩谦一角 。2012年4月，与娄艺潇、谢佳见共同主演了偶像爱情剧《爱情自有天意》，出演剧中戚薇的亲生父亲唐冠中 ； 10月，拍摄了白冰主演的偶像剧《无声恋曲》，在戏里饰演了一名画家 。

2013年10月，与黄曼、靳东共同主演了年代励志剧《铁娘子》，饰演单福全 。2014年4月，拍摄了张晓龙、贾青、邱胜翊主演的都市情感戏《妻子的谎言》，在剧中饰演夏曦父亲 ；4月4日，第二次登上央视《谢天谢地你来啦》舞台 ； 在9月播出的抗战悬疑推理剧《红色》中饰反派金爷 。

2016年9月12日，参演的古装断案题材网剧《识汝不识丁》在优酷网首播，李天柱在其中饰演忠实管家“老陶”；同年，参演电视剧《大唐荣耀》，饰演李辅国。

2017年8月，李天柱签约新东家盛夏星空。11月，主演奇幻爱情轻喜剧《一不小心吃定你》，饰演顾爸。

2018年参演现代都市情感电视剧《推手》，饰演陈秋风。