1999年，在大学期间， 导演短片《地铁两乞丐的一天》获大学生电影节优秀作品奖，该片是杨磊正式执导的第一部影片。

2000年，导演短片《黄昏中的男孩》获大学生电影节最佳摄影奖，同年导演台湾人寿广告《花盆篇》《井盖篇》获得台湾时报广告之金犊奖金奖，导演的饮冰室茶集《少女篇》获台湾时报广告金犊奖之优秀作品奖。

2002年，导演纪录片《花开有声》，同年担任侯咏执导章子怡主演的故事片《茉莉花开》的副导演及剪辑师，该电影在2004年上海电影节上获得了最受媒体欢迎的最佳剧情奖和评委会大奖两个奖项。

2004年，担任王竞执导，高峰、蒙亭宜、徐晓冬主演的网络游戏和幻想题材影片《圣殿》的执行导演。

2005年，担任由侯咏执导陈道明主演的大型古装电视连续剧《卧薪尝胆》的视效总监。

2007年，出任侯咏执导、李兆林主演的奥运题材电影《一个人的奥林匹克》的视效总监，该片讲述了中国奥运第一人刘长春的故事，该片于2008年北京奥运会前播出。

2008年，担任高满堂编剧、濮存昕、苗圃主演的年代剧《闯关东2》（又名《闯关东中篇》）的导演，该剧于2009年8月在央视播出。

2011年，担任由党涛、张琰琰主演的电视剧《真凶难逃》 的艺术总监，同年再度与苗圃合作执导的都市题材电视剧《我为出嫁狂》该剧于2012年首播，同年与韦大军、林柯共同执导黄渤主演的抗日题材电视剧《民兵葛二蛋》。

2012年，与台湾辛晓琪工作室合作执导由辛晓琪、白梓轩主演的微电影《无声情人》，同年担任由吴秀波、张鲁一、陶虹主演的年代剧《乱世书香》的导演，该剧于2015年12月首播。

2013年，与徐兵共同创建纸兵工作室，并再度与张鲁一、陶虹合作，执导抗日题材电视剧《红色》，该剧在2015年第三十届中国电视剧“飞天奖”上获得荣誉作品提名。

2014年，执导陈数、王雷主演的都市题材电视剧《谈判冤家》，同年再度与编剧徐兵合作执导由任程伟、曹曦文主演的抗战题材电视剧电视剧《战鼓擂》（又名《七武士》） 。

2015年11月，执导的由关晓彤、张若昀主演的古代神话题材电视剧《九州·天空城》在象山开拍。

2016年3月，执导由王大陆、张天爱主演的古装奇幻电影《鲛珠传》。2017年，游戏改编的都市励志爱情剧《逆袭之星途璀璨》的导演。

2020年8月2日，电视剧《三体》官宣阵容，并释出概念海报，由杨磊导演。