2006年，出演庹宗康主演的青春校园偶像剧《国光异校》，这是他的首部电视剧作品，从而正式进入演艺圈；同年，他开始参与短片及广告的演出，相继出演了《不能回家的小孩》、《晒棉被的好天气》等多部公益短片。2007年，出演任贤齐《她要我，她不爱我》的MV。

2008年，与凤小岳、张捷、初家晴合作出演青春校园电影《九降风》，在片中饰演为朋友两肋插刀的高中生李耀行，这是他的首部电影作品，而他则凭借该片获得了第10届台北电影节剧情长片最佳新人奖；同年，首次担纲男主角，在都市情感剧《你是我的唯一》中饰演了男主角吴启刚。

2009年，与甄子丹、谢霆锋、王学圻、梁家辉共同出演动作电影《十月围城》，在片中饰演李玉堂的儿子李重光，该片在中国内地上映期间取得了2.9亿元人民币的票房成绩，他则凭借该片获得了腾讯星光大典港台年度潜力电影新人奖；同年，担任王心凌《我很好，那么你呢？》MV的男主角，并献出自己的荧幕初吻；此外，他还出演了梁静茹《情歌》的MV。

2010年，与甄子丹、孙俪、姜文共同出演古装电影《关云长》，在片中饰演汉献帝刘协，这是他首次在影视作品中尝试皇帝的角色，该片在中国内地上映期间取得了1.6亿元人民币的票房成绩；11月4日，其主演的爱情电影《朱丽叶》上映。

2011年2月3日，与古天乐、吴君如、文章联袂主演的喜剧电影《神奇侠侣》上映，在片中饰演外貌清秀、举止有礼的百晓堂堂主百晓生；2月13日，改编自郭敬明的小说《丘比特来电》的爱情电影《我们约会吧》上映，王柏杰在片中饰演帅气多金的陆嘉森；5月13日，与蒋梦婕搭档主演的电影《百年情书》首映，在片中饰演为了革命理想而毅然抛弃情爱的林觉民，这是他首次在电影作品中担纲男主角；12月2日，与窦骁、苏见信、张钧甯联袂主演的动作电影《赛车传奇》上映，在片中饰演赛车手吴嘉乐。

2012年，与萧亚轩搭档主演微电影《一百分的吻》；同年，出演苏见信《恨爱不成钢》的MV；11月22日，其参演的冒险电影《少年派的奇幻漂流》上映；此外，他还出演了系列单元剧《刷新3 7》，在剧中饰演墨守成规的刻板男孙家骅。

2013年2月22日，与蓝正龙、安心亚领衔主演的爱情喜剧电影《阿嬷的梦中情人》上映，在片中饰演爱慕虚荣且爱抢镜头的电影演员万宝龙；11月8日，与张涵予、王珞丹、朱丹合作主演的都市爱情电影《我爱的是你爱我》上映，在片中饰演沈小乐大学时期的男朋友孙威。

2014年，与刘筱筱搭档主演爱情电影《情比山高》，在片中饰演与李璐相恋的筑路员王俊荣，该片于2017年10月24日在中国内地上映；9月5日，与阮经天、万茜、陈建斌领衔主演的军事电影《军中乐园》上映，在片中饰演农家出身、爱思考且有理想的华兴。

2016年2月5日，其主演的剧情电影《神厨》上映，在片中饰演单亲爸爸吴志明；4月15日，与许玮宁、陈庭妮联合主演的推理悬疑犯罪电影《失控谎言》首映，在片中饰演亡命天涯的男主角苏俊杰；同年，出演魏如萱《你呀你呀》的MV。

2018年4月10日，由黎志执导、张佳编剧的都市女性镜像剧《北京女子图鉴》首播，王柏杰在剧中饰演绅士、帅气的富二代于扬。

2019年，与徐熙娣共同出演蔡依林《红衣女孩》的MV；10月31日，与贾静雯、张孝全合作主演的悬疑剧《罪梦者》正式上线。

2021年7月15日，由王柏杰特别出演的电影《镜像人·明日青春》正式定档，于全网上线。