2004年，与宋运成主演情感片《暖情》，获得第五届儿童电影节“最受蓉城观 众喜爱童星奖”。

2005年，出演冯远征、徐帆主演的情感剧《错爱》，在剧中饰演童年时期的男主角谢晓涛。

2006年，与孙红雷、陈小艺、刘佩琦合作主演情感剧《大工匠》，在剧中饰演杨老三的儿子杨宝亮，与孙红雷饰演一对父子。

2007年，出演刘松仁、宣萱主演的TVB时装剧《岁月风云》，在剧中饰演童年阿硕；同年，出演田海蓉、邓超、姚芊羽主演的都市情感剧《女人不哭》，在剧中饰演少年子华。

2008年，与郑佩佩、午马合作主演家庭轻松喜剧《家有儿女新传》，在剧中饰演男主角唐小龙。

2009年，与郑佩佩、萨日娜合作主演家庭伦理剧《贤妻良母》，在剧中饰演陈建业；同年，与刘德华、徐熙媛、范冰冰、徐娇合作主演科幻警匪电影《未来警察》，在剧中饰演男主角周志豪的徒弟霍金华，与刘德华饰演一对师徒。

2010年，出演张国立、牛莉、种丹妮主演的家庭情感剧《养父》，在剧中饰演楼志军的养子楼小新；同年6月，参加湖南卫视益智类节目《以一敌百》的录制；同年，出演陈宝国、冯远征、姜宏波主演的年代情感剧《钢铁年代》，在剧中出演少年金虎。

2011年，出演段奕宏、高虎、蒋勤勤主演的商战剧《大时代》，在剧中饰演少年陈顶天；同年，出演孔笙执导的电视剧《风车》，在剧中饰演少年梁尘。

2012年，凭借电视剧《风车》中的少年梁尘获得“2011搜狐电视剧盛典”最佳新人奖提名；同年，出演王千源、陶虹主演的家庭情感剧《买房夫妻》，在剧中饰演少年兰小成。

2013年，与井凌潇合作主演微电影《素面人家》；同年10月，参加北京卫视访谈类节目《大戏看北京》的录制。

2014年，出演刘家成执导的年代情感剧《我的二哥二嫂》，在剧中饰演少年周全。

2015年，与刘涛、蒋欣、祖峰合作主演职场女性剧《欢乐颂》，在剧中饰演背圆周率的自闭症少年安小明。

2016年，与黄轩、窦骁、周一围合作主演由曹盾执导的古装魔幻剧《九州·海上牧云记》，在剧中饰演少年穆如寒江。

2017年，与刘涛、蒋欣、王子文合作主演职场女性剧《欢乐颂2》，在剧中继续饰演安迪的自闭症弟弟小明。

2018年1月14日，由关晓彤、宋威龙、张逸杰联袂主演的古装权谋剧《凤囚凰》播出，在剧中饰演北魏献文帝拓跋弘；同年，与马倩倩、纪木川、朱利安联合主演音乐武侠电影《噪乐江湖》，在片中饰演帅气十足、眉宇间透出高冷气质的男主角文牧歌。

2019年4月17日，由窦骁、苗苗、彭冠英、王思思领衔主演的都市情感剧《爱上你治愈我》首播，石云鹏在剧中饰演了患有间歇性暴怒障碍的少年杨飞 。