2003年4月，郝柏杰参演中国近代史电视剧《走向共和》而出道，在剧中饰晚清宗室大臣、立宪派的重要人物爱新觉罗·载泽。

2004年7月，参演武侠电影《十面埋伏》，饰演捕快王五；11月，出演由何培执导现代谍战剧《谍战之特殊较量》，饰演国安局侦查员李越。12月，出演由黄祖权、黄明升联合导演，赵文卓、陈怡蓉主演的原创清朝搞笑喜剧《御前四宝》，在剧中饰演御前四宝之一、善谋略的施仕伦。

2005年，参演由刘继忠执导的青春时尚励志军事动作题材电影《王子雄兵》，饰演吴雄。 同年3月参演古装电视剧《少年康熙》，饰演康熙的伴读曹寅。8月参演历史古装剧《李卫辞官》，饰演岳小满。

2006年6月，主演警匪剧《缉毒警》，在剧中饰演云南省临沧市凤庆县公安局禁毒大队队员、三级警司刘强。

2007年9月，参演由邓衍成执导的古装武侠剧《镖行天下》，在剧中饰演大师兄。

2008年8月，参演青春偶像剧《车神》，饰演汤臣。同年参演由景冰迦执导的剧情电影《宝石迷踪》，饰演唐文辉。

2009年6月，在由鞠觉亮执导的古装神话爱情剧《牛郎织女》中出演水神夏禹之子夏炎一角而被观众熟知和喜爱。

2010年，在陆川导演的上海世博会中国国家馆主题影片《历程》中担任男一号，此片被中国国家馆永久收藏。同年6月，出演由金敖勋执导的都市爱情剧《时尚王国》，饰演冯哲。

2011年2月，在由董亚春、杨军执导的军事历史剧《中国远征军》中饰演杨文。

2012年2月，参演由崔卫东、白涛执导的谍战剧《边城》，饰演国军特工景颇刀。 同年3月，主演人文风情故事电影《风过菜花黄》，在剧中饰演张家二儿子张明柏。 5月，主演战争历史电影《不再沉睡》，饰演进步青年吴宁。11月，在由陆川执导的史诗电影《王的盛宴》中饰演虞姬的哥哥虞子期。 2013年6月，参演由胡明凯执导的古装悬疑剧《辣妈俏爸》，在剧中饰演身手矫捷、智勇双全的一级捕快孟威龙。  11月，参演由毕国智执导的悬疑电影《控制》，饰演杰夫。 同年，与田雨晴、石照杰等领衔主演水浒系列电影之《一枝花与铁臂膀》，饰演一枝花蔡庆。

2015年，出演由成志超、梁国冠执导，叶璇、巫迪文主演的近代传奇剧《潘多拉的秘密》，饰演冷剑。同年8月，出演由徐纪周执导的抗日剧《春江英雄之秀才遇到兵》，在剧中饰演青龙会二当家卢占江，受到观众追捧并称为颜值担当。 10月出演由谢铜执导的抗日剧《我是英雄》，在剧中饰演抗日英雄白荣福。

2016年2月，主演剧情电影《天降》，饰演土家族青年杨天降，该片入围了第39届蒙特利尔电影节特别展映和第24届圣路易斯电影节最佳影片竞赛单元。同年与徐佳、马岩、吴昊等联合出演军旅刑侦剧《警察荣誉》，饰演雷霆霄，以及主演推理悬疑电影《微微一笑很诡异》，饰演探长。