2004年，参演胡兵、石小群、李茂主演的科幻悬疑剧《非常24小时》，这是他的首部电视剧作品，从而正式进入演艺圈。2005年，出演金沛辰、石小群、刘冠翔主演的都市爱情剧《白色情人梦》。2008年，出演黄鹤执导的古装喜剧《好汉一箩筐》。

2009年，与品冠合作主演浪漫爱情电影《注定爱你》，在片中饰演满腔热情投入到农村建设的大学生阿海  ；同年，出演聂远、张译、吴晓敏主演的谍战剧《枪声背后》（原名《黑枪背后》、《终极计划》），在剧中饰演聪明机智的公安局侦察科干事马英；之后，参演王艳、陈楚河、陈意涵、刘德凯主演的古装武侠剧《流星蝴蝶剑》，在剧中饰演四大杀手之一的何方。

2010年2月，以嘉宾主持人的身份参加中央电视台少儿节目《动画城》的录制 ；随后，受邀参加山东卫视综艺节目《爱情来敲门》的录制；同年，出演刘家成执导的家庭情感剧《傻春》。

2011年，与王新军、宁静、何政军共同出演革命战争剧《三进山城》，在剧中饰演八路军战士小马；同年，参演黄志忠、陈小艺、朱媛媛主演的家庭情感剧《咱家那些事》。

2012年，出演罗晋、王媛可、李勤勤主演的都市情感剧《爱的相对论》。2013年1月1日，其主演的浪漫爱情电影《201314》上映，在片中饰演对感情十分认真的男二号钱嘉乐；同年，参演王学圻、蒋勤勤、张梓烈主演的革命战争剧《姥爷的抗战》。

2014年4月4日，与余心恬、郭艳、郎鹏联袂主演的惊悚悬疑电影《笔仙惊魂3》上映，在片中饰演热爱户外旅行的大学生驴友张宇；8月20日，由林峰、王珞丹主演的古装宫廷剧《卫子夫》首播，郭鑫在剧中饰演楚服的师弟慕容凤。

2016年7月31日，由李易峰、赵丽颖、杨紫主演的古装玄幻剧《青云志》播出，郭鑫在剧中饰演吸血老妖。同年8月，由李佳航、李金铭主演的《医馆笑传2》播出，郭鑫在剧中饰演殷俊。9月12日，与晏紫东、蒋梓乐、卢卓、刘亦宸共同出演的古装情感剧《识汝不识丁》首播，在剧中饰演林正庸的弟子卢镇学。

2017年7月19日，与张震、杨幂、张译、雷佳音共同出演的古装武侠电影《绣春刀Ⅱ：修罗战场》首映，在片中饰演对沈炼忠心耿耿的锦衣卫小旗官 ；8月15日，与蒋欣、陆毅、李雅男、冉旭领衔主演的都市情感剧《盲约》首播，在剧中饰演可爱呆萌的时尚娱乐电台男主播李小虎。

2020年12月，郭鑫参演的《大秦赋》和《有匪》播出，在《大秦赋》中饰演龙阳君，在《有匪》中饰演木小乔。