2014年，參加網絡劇《屌絲日記》的演員選拔，期初他所試戲 的角色是高富帥張揚，但最終他獲得出演男主角屌絲尤冬冬的機會；同年，與劉萌萌、許凝、黃一琳合作主演愛情喜劇《屌絲日記》 ，在劇中飾演男主角屌絲尤東東，這是他的首部網絡劇作品，從而正式進入演藝圈；同年，與文章、李雪健、宋佳合作主演抗戰劇《少帥》，在劇中飾演男主角張學良的生死之交馮庸。

2015年1月29日，其主演的青春情感勵志劇《長大》在東方衛視、天津衛視播出，在劇中飾演性格叛逆且有主見的仁華實習生謝南翔；同年4月，與陳曉、袁姗姗、郭曉冬合作主演都市愛情劇《雲巅之上》，在劇中飾演牧歌；同年8月，與鄭爽、楊洋、毛曉彤合作主演根據顧漫同名小說改編的都市青春偶像劇《微微一笑很傾城》，在劇中飾演憤世嫉俗的外文系才子曹光；同年9月，與戚薇、王曉晨、陳亦飛合作主演都市情感勵志劇《你好喬安》，在劇中飾演女主角喬安的前男友、富二代陳骁。

2016年1月，與井柏然、Angelababy、譚松韻、李現合作主演青春勵

志電影《微微一笑很傾城》，在片中飾演女主角蘆葦微微在網絡上的前夫曹光，這是他的首部電影作品；同年4月，與楊蓉、何奉天，張逸傑合作主演刑偵懸疑網絡劇《美人爲餡》，在劇中飾演身爲黑盾組副組長的男主角韓沉；同年12月3日，與楊蓉獲得“愛奇藝尖叫之夜”年度最受關注熒幕CP獎。

2017年，與朱一龍合作主演都市奇幻劇《鎮魂》；同年，與張若昀、毛曉彤等合作主演古裝劇《霍去病》；此外，他與蔔冠今等合作主演了都市情感劇《忽而今夏》。

2018年7月28，主演的古裝玄幻電影《緝妖法海傳》上映；8月，他還入選了福布斯中國“30位30歲以下精英”榜（娛樂領域）；9月8日，獲得智族GQ年度人物盛典年度潛力藝人獎；12月18日，獲得騰訊視頻星光盛典年度口碑電視劇演員獎；12月31日，受邀參加了東方衛視跨年晚會，并現場演唱了歌曲《西安人的歌》。

2019年1月6日，與朱一龍共同演唱的歌曲《時間飛行》獲得Q China 2018年度音樂盛典年度最佳影視歌曲獎。2月4日，參加2019年中央廣播電視總台春節聯歡晚會，與劉烨共同演唱歌曲《時代号子》。3月16日，他被評選爲LikeTCCAsia亞太區最帥100張面孔第48位。4月8日，發布單曲《北極耳語》。4月18日，由鄧科執導的民國美學推理劇《紳探》上映，白宇在其中飾演神探羅非。5月4日，其參加的《我們都是追夢人—— “五月的鮮花”全國大中學生文藝會演》在CCTV-1播出，朗誦了《情景思政課》 ；與此同時，其作爲“青春逐夢人”參加的浙江衛視文化旅遊探索類節目《青春環遊記》開播；7月，出演懸疑劇《沉默的真相》，飾演江陽；9月2日，與王子異、魏晨共同演唱的愛國歌曲《少年的榮光》上線，收錄于合輯《聲在中國》中。11月，确認主演電視劇《謝謝你醫生》。

2020年1月6日，主演的都市愛情劇《蓬萊間》在騰訊視頻全網獨播。