1991年，郭涛出演了首部电影作品《苦乐三兄弟》踏入演艺圈 。1993年，在李连杰、赵文卓主演的动作片《方世玉》中饰演一位公子哥。

1994年，郭涛参演了根据余华同名小说改编的剧情片《活着》，在片中饰演讲义气的春生，与葛优所饰演的福贵是一对好朋友同年，郭涛主演了冯小刚执导的电影处女作《永失我爱》，该片是郭涛首次担任男主角，他在片饰演热情幽默的个体司机苏凯 。

1997年，与高圆圆、王学兵合作出演了由张杨执导的爱情片《爱情麻辣烫》。1998年，与傅冲合作出演了剧情片《真假英雄兄弟情》，在片中饰演下岗工人康宝根。1999年，出演由孟京辉执导的话剧《恋爱的犀牛》饰演马路。

2000年，郭涛主演了刑侦剧《云雀行动》。2001年，与李小璐、任泉合作出演了青春偶像剧《都是天使惹的祸》，郭涛在剧中饰演为人阴险狡诈的马如龙。

2004年，主演由刘奋斗执导的剧情片《绿帽子》 。2005年1月31 日，郭涛与陈建斌合作主演的情感悬疑剧《决不饶恕》播出，在剧中与陈建斌饰演一对难兄难弟；同年，郭涛凭借话剧《死无葬身之地》中的表演获得文化部优秀表演奖。

2006年，与黄渤、徐峥合作出演由宁浩执导的剧情片《疯狂的石头》，饰演执着的保安科长的包世宏，而郭涛个人则凭借该片获得了关注度与人气；同年，参加湖南卫视歌唱表演类节目《名声大震》，并获得亚军。

2007年，在由张杨执导的喜剧片《落叶归根》中客串了养蜂人一角；同年，主演家庭喜剧《人怕出名》，饰演由小编辑变成名人主持，却因无法承受而放弃的楚明；12月27日，郭涛与黄渤合作主演的喜剧片《大电影2》上映，饰演充满梦想的摄影师文耀。

2008年，与葛优、范冰冰合作出演了爱情喜剧片《桃花运》；2月14日，郭涛主演的爱情片《婚礼2008》上映，他在片中饰演老实巴交的婚礼主持人老郭。

2009年2月4日，郭涛主演的根据贾平凹同名小说改编的喜剧电影《高兴》上映，他在片中饰演充满理想主演又积极乐观的破烂王刘高兴；同年，客串出演喜剧片《家有喜事2009》。

2010年3月18日，郭涛主演的由刘镇伟执导的爱情喜剧片《越光宝盒》上映，他在片中饰演神医华佗；4月3日，其主演的都市情感剧《大女当嫁》播出，郭涛饰演以婚姻手段为了达到出国目的的“利益男”方泉 ；1 0月15日，奇幻动作《魔侠传之唐吉可德》上映，郭涛在片中饰演手无缚鸡之力却心怀天下的唐吉可德。

2011年4月7日，郭涛主演的惊悚喜剧片《囧探佳人》上映，饰演手无缚鸡之力的文弱书生卡乃吉；4月8日，其主演的爱情电影《万有引力》上映，饰演年轻有为的数学家王勇 ；同年，与张嘉译、杜淳合作出演了抗战剧《雪狼谷》，饰演了双面人物钟教授；6月23日，郭涛主演的红色谍战剧《弹孔》播出，在剧中饰演足智多谋的红星团团长石破天，这是他首次尝试此类角色。

2012年4月23日，郭涛与黄渤合作主演的喜剧冒险片《黄金大劫案》上映，在片中饰演一位蓬头散发、功夫高深的金镖十三郎，而郭涛个人则凭借该角色获得第11届中国长春电影节最佳男配角。

2013年，郭涛与儿子石头一同参加湖南卫视亲子互动真人秀节目《爸爸去哪儿第一季》而受到关注；3月12日，其与连奕名合作主演的战争剧《对与决》播出；7月4日，郭涛与刘德华合 作主演的《盲探》上映，在片中饰演警察局总督察司徒法宝。

2014年1月31日，郭涛主演的同名真人秀电影《爸爸去哪儿》上映；2月2日，其主演的家庭情感剧《父母爱情》播出，饰演粗中有细、疼妻爱子的海军军官江德福。

2015年5月，郭涛参加了央视真人秀节目《喜乐街第二季》；8月27日，郭涛主演的由曹保平执导的犯罪悬疑电影《烈日灼心》上映，他在片中饰演顾全大局、有责任感的出租车司机杨自道，而郭涛个人则凭借该片获得第18届上海电影节最佳男主角；11月26日，其主演的由孔笙执导的现实题材剧《温州两家人》播出，郭涛在剧中饰演具有经商天赋、头脑灵活的侯三寿。

2016年2月5日，郭涛主演的都市情感剧《还是夫妻》播出，他在剧中饰演好男人唐健；同年，为动作冒险影片《奇幻森林》中文版的熊巴鲁配音。

2017年7月1日，与周迅、彭于晏、霍建华等人合作出演的历史题材影片《明月几时有》上映，片中饰演茅盾一角。

2019年10月8日，主演的电影《三叉戟》开始拍摄。10月26日，参加浙江卫视原创表演真人秀《我就是演员之巅峰对决》。同年，参与央视“故事里的中国”栏目第二期节目的录制，饰演小说《平凡的世界》中的主人公孙少安。

2020年1月7日，主演的电影《三叉戟》正式杀青；1月24日，在2020年中央广播电视总台春节联欢晚会上与梅婷、刘琳表演小品《父母爱情》；2月21日，主演的都市剧《安家》播出。