2000年，与张智霖、李南星合作出演了个人首部电视剧《扫冰者》，从而踏入演艺圈。

2001年，戚玉武主演了战争剧《何日军再来》，在剧中饰演思想简单、性格冲动的林凡； 同年，主演情景喜剧《我爱精灵》，戚玉武在剧中饰演木讷、讲求原则的张太平。

2002年，戚玉武与朱咪咪、黄碧仁合作主演了都市剧《九层糕》。2004年，在新加坡偶像剧《任我遨游》中饰演阳光帅气的潜水教练陆凯威一角 。

2007年，戚玉武在古装爱情魔幻片《画皮》中饰演蜥蜴精小易；1月8日，其与李铭顺合作出演的爱情剧《最高点》播出，饰演钻油台工程人员陈天俊；同年，与陈冲合作出演由托尼·艾尔斯执导的剧情片《意》，在片中饰演英俊的乔。

2008年11月25日，戚玉武主演的新加坡家庭伦理剧《小娘惹》播出，他在剧中饰演年轻有为、痴情专一的陈锡，而戚玉武个人则凭借该角色提名第14届亚洲电视大奖最佳男主角。

2010年，与甄子丹、赵薇合作出演了古装武侠片《锦衣卫》，在片中饰演心狠手辣的锦衣卫高手玄武；同年，出演了献礼影片《建党伟业》，在片中饰演济南代表王烬美；此外，戚玉武还在都市剧《走进走出》中饰演作风偏激、固执，不讲人情的律师林乐山，凭借该片中的表现他获得了 新加坡红星大奖最佳男主角。

2011年，戚玉武开始领衔主演新加坡刑侦剧《警徽天职》系列，在剧中饰演高级调查官唐耀佳；4月，戚玉武获得新加坡红星大奖“十大最受欢迎男艺人”。

2012年，戚玉武继续出演刑侦剧《警徽天职2》；2月10日，惊悚片《夜店诡谈》上映，戚玉武在片中饰演变态杀手李为；6月，戚玉武签约光线传媒，并将工作重心转回国内；同年，与郑惠玉、欧萱合作出演了时装剧《志在四方》，饰演出色的电视台监制、导演JASON；9月20日，中澳合拍惊悚片《大海啸之鲨口逃生》上映，戚玉武在片中饰演重情重义的警察。

2014年，戚玉武主演了刑侦剧《警徽天职3》同年，戚玉武获得红星大奖最受欢迎男艺人奖，成为获得十座此奖项的男艺人。2015年3月26日，戚玉武与黄磊、宋佳合作主演的由杨亚洲执导的都市情感剧《嘿，老头！》播出，他在剧中饰演了海归高帅富白洋；7月30日，新加坡建国电影《1965》上映，戚玉武在片中饰演马来西亚皇家警察部队的警长郑；12月4日，时装剧《志在四方2》播出，戚玉武继续出演JASON一角，并凭借该角色获得新加坡红星大奖最佳男主角。

2016年2月18日，戚玉武与于震合作主演的抗战剧《暗战危城》播出，他在剧中饰演自卑软弱，但内心扭曲以致变得心狠手辣的戚本礼；6月，与赵圆圆合作出演了科幻片《天火行动》，饰演未来的科学家；同年，出演由包贝尔担任监制的爱情喜剧《欢喜猎人》。

2017年3月，搭档范文芳出演惊悚悬疑电影《一念》；同年，参演由陈冲自编自导的电影《英格力士》。