2004年7月，阮經天首度參演偶像劇《米迦勒之舞》，他在劇中飾演個性乖戾、經曆曲折的天才舞者Ghost。

2005年10月23日，由他出演的偶像劇《綠光森林》在湖南衛視播出，阮經天在劇中飾演具有獨特的幽默感、敏銳度很高的小提琴藝術家靳元方，由于拍攝時與未成年的女主角劉品言傳出绯聞，因此被電視台雪藏。

2007年，阮經天先是在偶像劇《花樣少年少女》中飾演口硬心軟的跳高選手申樂；随後，由他出演的偶像劇《熱情仲夏》開播，其在劇中飾演木讷搞笑的高中劍道社社長周喬杉；5月17日，阮經天主演的劇情片《六号出口》在台灣上映，他在片中飾演熱愛滑闆的天才黑客Vance；12月15日，與張鈞甯、彭于晏合作主演的青春愛情偶像劇《我在墾丁*天氣晴》播出，他在劇中飾演了單親家庭長大的插畫家郭紹南；同年，他還主演了科幻懸疑片《神選者》，并在劇中飾演了阿建。

2008年，阮經天因在都市愛情劇《命中注定我愛你》中飾演個性幼稚優柔但爲人善良的年輕企業家紀存希而成爲台灣電視劇史上第一位收視率突破百分之十三的男主角，該劇以平均收視7.45%、單集最高分段收視13.64%的成績刷新了台灣偶像劇的收視紀錄，同時此劇還獲得國際媒體《華爾街日報》的專題報道，海外版權也外賣到了另外15個國家和地區，阮經天個人也憑借此劇獲得台北影視節偶像劇天王獎及百度娛樂沸點年度盤點最熱門偶像演員，并在兩岸三地赢得了頗高的人氣與關注度。

2009年1月4日，由阮經天主演的偶像劇《敗犬女王》在台灣台視播出，該劇開播後連續21周獲得同時段收視率第一，最終以單集平均7.35的收視收官 。

2010年2月5日，電影《艋舺》在台灣上映，他在片中飾演一個高智商、個性内斂冷靜的黑社會分子何天佑（和尚），電影上映不到10天票房沖破約1億5千萬元新台币成爲首周票房冠軍，更創下台灣本土電影史首周票房紀錄，阮經天則憑借該片獲得第47屆金馬獎最佳男主角，同時還提名第5屆亞洲電影大獎最佳男演員及網絡票選最受歡迎男演員、第11屆華語電影傳媒大獎觀衆票選最受矚目男演員等獎項。

2012年1月12日，阮經天以金馬獎造型造像的蠟像入駐香港杜莎夫人蠟像館；2月10日，與趙薇、舒淇合作主演的愛情電影《LOVE》在台灣上映，阮經天在片中飾演了口吃處男小寬；12月20日，與黃曉明、李宇春等合作主演的古裝武俠3D電影電影《血滴子》上映，他在片中飾演了冷靜沉着、身手靈巧的血滴子隊長冷。

2013年1月，他與凱渥長達10年的合約到期；3月5日，阮經天宣布與鈕承澤、李烈共組自己的經紀公司，正式自立門戶。

2014年9月5日，其主演的劇情片《軍中樂園》在台灣上映，阮經天在片中飾演了機伶可愛、人緣好的海龍菜鳥小寶，同時他還憑借該片提名第9屆亞洲電影大獎最佳男主角及第15屆華語電影傳媒大獎最受矚目表現獎。

2015年1月16日，阮經天主演的偵探動作懸疑片《暴走神探》在中國大陸上映，他在片中飾演了警探範如一 [30]  ；8月20日，愛情電影《戀愛中的城市》上映，其在第五個單元佛羅倫薩篇中飾演陽光型不靠譜導遊小麥；27日，他出演的文藝武俠電影《刺客聶隐娘》上映，阮經天在片中飾演了侍衛夏靖；12月6日，以固定主持的身份加盟明星戶外勵志體驗真人秀節目《了不起的挑戰》。

2016年2月14日，其主演的愛情懸疑電影《謀殺似水年華》上映，他在片中飾演内向孤僻、性格古怪的少年秋收；4月15日，搭檔杜鵑主演的愛情片《紐約紐約》上映，阮經天在片中飾演處事精明、爲人仗義的五星級酒店領班路途；5月12日，加盟明星網友互動類真人秀《約吧大明星》，并在節目中擔任萬事屋的社長；8月9日，他特别出演的愛情電影《謊言西西裏》上映，阮經天在片中飾演樂于助人的鄰居田博，并憑借該片提名第8屆澳門國際電影節最佳男配角獎。

2017年7月21日，阮經天主演的冒險題材網劇《鬼吹燈之黃皮子墳》登錄騰訊視頻，其在劇中飾演充滿熱情的插隊知青胡八一；12月22日，與鄧超、劉詩詩合作出演的犯罪懸疑片《心理罪之城市之光》上映，他在片中飾演變态殺手江亞。

2018年1月15日，其與成龍合作主演的古裝奇幻片《神探蒲松齡之蘭若仙蹤》正式殺青。6月18日，領銜主演的古裝玄幻勵志劇《扶搖》登陸浙江衛視中國藍周播劇場，并在劇中飾演無極國太子長孫無極 [8]  。同年6月，搭檔祝緒丹、王天辰等主演年代傳奇情感劇《一身孤注擲溫柔》，在劇中飾演虞浩霆。同年，參演由徐克執導的電影《狄仁傑之四大天王》，在影片中飾演圓測。

2019年5月28日，搭檔宋祖兒等主演的美食青春劇《舌尖上的心跳》正式開機。