2002年12月，李晟因参加湖南卫视选秀节目《金鹰之星》而出道。2003年，参演悬疑警匪剧《天不藏奸》。

2004年7月，参演何炅《栀子花开》的MV；11月，参演满文军《再会吧》的MV；同年，主演爱情偶像电影《爱情海》。

2005年，与邱泽、郭芯其等合作出演爱情偶像剧《篮球部落》；7月，参演何炅《漫游》的MV；8月，参演1983组合《好孤单》的MV；同年，出演青春偶像剧《深情密码》，在剧中饰演 四喜院里的傻姐姐江玲。

2006年，参演青春偶像剧《转角遇到爱》；11月，参演何炅《那段岁月》的MV；12月，与钟凯、巫迪文等合作出演爱情偶像剧《莱卡青蛙王子》，在剧中饰演富家小姐薇薇。

2007年3月30日，与洪剑涛、姜超等合作出演的爱情喜剧电影《追爱总动员》上映；4月19日，与薛皓文、唐嫣合作出演的爱情电影《离别也是爱》上映，在片中饰演吴远酒吧的工作人 员姗姗。

2008年，与岳跃利、白珊等合作出演爱情剧《人间烟火》；同年，出演都市情感剧《今生今世》。2009年，出演爱情偶像剧《呼叫大明星》。

2010年，与海陆、张睿等合作主演古装清宫剧《新还珠格格》，在剧中饰演大大咧咧、敢爱敢恨的格格小燕子，此外，她还为该剧演唱了《沧桑的浪漫》、《吉祥歌》、《一见钟情》 等5首插曲；5月，与黄明、张晓晨等合作主演青春都市剧《离爱》，在剧中饰演活泼调皮的小公主番茄，此外，她还与何炅合作演唱了该剧的片尾曲《雪花》。

2011年4月，与小沈阳、林江国等合作主演古装轻喜剧《怪侠欧阳德》，在剧中饰演外表冷漠、武功高强、嫉恶如仇的胡蝶；9月30日，与邱心志、聂玫等合作出演的革命题材电影《第 一大总统》上映，在片中饰演温婉贤淑的隆裕皇后；同年，客串家庭伦理剧《我家有喜》，并演唱主题曲《星星月亮太阳》；10月，与何晟铭、王珂等合作主演古装宫廷剧《倾城绝恋》，在剧中饰演庆王爷的侧福晋美璃。

2012年1月12日，受邀出席第六届腾讯星光大典，获得年度影视新人奖；3月21日，李晟发行了首张个人专辑《OMG噢买尬》，专辑收录了包括《傻傻爱你》、《我爱超人》等10首歌曲； 4月，受邀出席第12届音乐风云榜年度盛典，获得音乐新势力奖；5月，出演剧情微电影《超级助理》；7月，与张睿、朱镇模等合作主演都市爱情剧《花非花雾非雾》，在剧中饰演纠缠于亲情爱情与痛苦复仇之间的叶凡，同时她还为该剧演唱了片尾曲及插曲《花非花》、《枯叶蝶》、《错过》；同年，与胡杏儿、邱泽等合作出演励志情感剧《红酒俏佳人》，在剧中饰演性格温和、会洗衣做饭的“经济适用女”林轩。

2013年，与李曼、李承炫等合作主演民国爱情剧《新京华烟云》，在剧中饰演个性坚强执着、敢爱敢恨的大家闺秀姚木兰；11月，主演爱情喜剧微电影《笑女孩与傻男孩》，在片中饰 演上海音乐厅的解说员江小雪；12月，参演爱情话剧《给未知恋人的爱情短信》。

2014年1月，与景甜、张哲瀚等合作主演古装爱情剧《班淑传奇》，在剧中饰演少年时期的皇后邓绥；1月16日，凭借电视剧《花非花雾非雾》，获得第三届金鹰网芒果剧光灯评选最芒 果女星；5月，与孙艺洲、马天宇等合作出演都市情感剧《绯闻女友》，在剧中饰演康氏集团营运设计总监米粒；同年，与高云翔、黎一萱等合作主演古装传奇剧《失宠王妃之结缘》，在剧中饰演才华出众、琴棋书画无所不通的原月筝。

2015年，与盛冠森领衔主演民国喜剧《明星时代》，在剧中饰演舞女出身的电影经纪人兰姐；8月，与于震合作主演抗战剧《嫂子嫂子》，在剧中饰演有着惊人毅力和智慧的大嫂白青云 ；同年，出演都市情感剧《新婚公寓》，在剧中饰演公关公司的女白领吴越。

2016年7月，与钟汉良、江疏影等合作主演都市情感剧《一路繁花相送》，在剧中饰演时装设计师辛笛；7月24日，出演的古装玄幻剧《幻城》播出，在剧中饰演冰族的大王妃千影。

2017年2月，与贾乃亮、刘奕君等合作主演抗战剧《兵临棋下》；4月11日，与魏千翔领衔主演的都市情感剧《赛小花的远大前程》播出，在剧中饰演复读多年的大学毕业生赛小花。

2020年11月3日，主演的抗疫题材电影《战疫2020之我是医生》网络播出；12月12日，参加浙江卫视演技竞演类励志综艺《我就是演员第三季》。2021年2月26日，主演的古装剧《锦心 似玉》播出。