2014年，参加网络剧《屌丝日记》的演员选拔，期初他所试戏 的角色是高富帅张扬，但最终他获得出演男主角屌丝尤冬冬的机会；同年，与刘萌萌、许凝、黄一琳合作主演爱情喜剧《屌丝日记》 ，在剧中饰演男主角屌丝尤东东，这是他的首部网络剧作品，从而正式进入演艺圈；同年，与文章、李雪健、宋佳合作主演抗战剧《少帅》，在剧中饰演男主角张学良的生死之交冯庸。

2015年1月29日，其主演的青春情感励志剧《长大》在东方卫视、天津卫视播出，在剧中饰演性格叛逆且有主见的仁华实习生谢南翔；同年4月，与陈晓、袁姗姗、郭晓冬合作主演都市爱情剧《云巅之上》，在剧中饰演牧歌；同年8月，与郑爽、杨洋、毛晓彤合作主演根据顾漫同名小说改编的都市青春偶像剧《微微一笑很倾城》，在剧中饰演愤世嫉俗的外文系才子曹光；同年9月，与戚薇、王晓晨、陈亦飞合作主演都市情感励志剧《你好乔安》，在剧中饰演女主角乔安的前男友、富二代陈骁。

2016年1月，与井柏然、Angelababy、谭松韵、李现合作主演青春励

志电影《微微一笑很倾城》，在片中饰演女主角芦苇微微在网络上的前夫曹光，这是他的首部电影作品；同年4月，与杨蓉、何奉天，张逸杰合作主演刑侦悬疑网络剧《美人为馅》，在剧中饰演身为黑盾组副组长的男主角韩沉；同年12月3日，与杨蓉获得“爱奇艺尖叫之夜”年度最受关注荧幕CP奖。

2017年，与朱一龙合作主演都市奇幻剧《镇魂》；同年，与张若昀、毛晓彤等合作主演古装剧《霍去病》；此外，他与卜冠今等合作主演了都市情感剧《忽而今夏》。

2018年7月28，主演的古装玄幻电影《缉妖法海传》上映；8月，他还入选了福布斯中国“30位30岁以下精英”榜（娱乐领域）；9月8日，获得智族GQ年度人物盛典年度潜力艺人奖；12月18日，获得腾讯视频星光盛典年度口碑电视剧演员奖；12月31日，受邀参加了东方卫视跨年晚会，并现场演唱了歌曲《西安人的歌》。

2019年1月6日，与朱一龙共同演唱的歌曲《时间飞行》获得Q China 2018年度音乐盛典年度最佳影视歌曲奖。2月4日，参加2019年中央广播电视总台春节联欢晚会，与刘烨共同演唱歌曲《时代号子》。3月16日，他被评选为LikeTCCAsia亚太区最帅100张面孔第48位。4月8日，发布单曲《北极耳语》。4月18日，由邓科执导的民国美学推理剧《绅探》上映，白宇在其中饰演神探罗非。5月4日，其参加的《我们都是追梦人—— “五月的鲜花”全国大中学生文艺会演》在CCTV-1播出，朗诵了《情景思政课》 ；与此同时，其作为“青春逐梦人”参加的浙江卫视文化旅游探索类节目《青春环游记》开播；7月，出演悬疑剧《沉默的真相》，饰演江阳；9月2日，与王子异、魏晨共同演唱的爱国歌曲《少年的荣光》上线，收录于合辑《声在中国》中。11月，确认主演电视剧《谢谢你医生》。

2020年1月6日，主演的都市爱情剧《蓬莱间》在腾讯视频全网独播。