2005年，凭借互动电影《谁说青春不能错》 获得第一届中国首部互动电影选秀大赛冠军。2008年，主演舞台剧《将爱情进行到底》，在剧中饰演乐言。

2009年，主演舞台剧《黄金时代》，在剧中饰演刘老先生及胡德水；之后，他还主演了音乐剧《白日梦》，并在剧中饰演了席太岚和主任；同年，邓飞从中央戏剧学院导演系毕业，并执导了个人首部贺岁话剧《一网不捞鱼》。

2010年6月，执导时尚多媒体话剧《关于他的你的和我的》；同年，在鞠觉亮执导的古装剧《水浒传》中饰演绰号“火眼狻猊”的邓飞，这也是他的首部电视剧作品；之后，主演话剧作品《三姊妹》，在剧中邓飞饰演索列内依；同年10月，与董洁、窦骁合作出演剧情片《秋之白华》，在片中饰演中国近代民主革命先行者孙中山和五四运动主要领导者邓中夏。

2011年，与宋晓英合作主演喜剧电影 《酒是故乡浓》，在片中饰演酒店副经理王木杉。2012年，执导科普环保儿童音乐剧《美人鱼》；同年，主演音乐剧《三毛流浪记》，在剧中饰疯记者老杨 ；此外，他还凭借短片《陷阱》受邀参加了法国昂热电影节“欧洲新人之夜”单元展映。

2013年，担任歌剧《洛神赋》的执行导演。2014年，主演的短片《尿不出来》获得第一届中国金鸡百花奖电影学院最佳短片、ISFVF最佳创意奖，他也因此入围最佳男主角奖；同年，担任爱情网络剧《天使快递》的编剧。

2015年1月，被导演宁浩看中并签约霍尔果斯十间影视传媒有限公司；随后，加盟鞠觉亮、邹集城执导的古装玄幻剧《幻城》，在剧组为演员做表演指导  ；同年，其主演的爱情短片《再见318》入围第53届纽约洛杉矶国际电影节，邓飞个人则获得了“最佳男主角”奖 ；此外，他还在北京人民艺术剧院制作的话剧《燃烧的梵高》中一人分饰三角，饰演的角色分别是画家高更、个性严厉刻薄的莫威以及为人势利的娘娘腔提格。

2016年，主演青春校园情景剧《青春朋友圈》，剧中饰演艾多多的男朋友牛顿；同年12月，主演科幻喜剧电影《海带》，在片中饰演饱受症折磨的精神患者卫仁磊，凭借该片获得第一届中国互联网电影周“优秀男演员”奖。

2017年4月，与徐峥合作主演剧情片《我不是药神》，在影片中饰演温文尔雅的吴秘书；同年5月，主演剧情片《狮子吼之巨赞法师》，在片中饰演佛学家巨赞法师；同年7月，与黄渤、沈腾合作出演宁浩执导的疯狂系列第三部，现代科幻影电影《疯狂的外星人》，在片中邓飞一人分饰二角，分别饰演了马主任、外星人；同年8月，主演青春励志电影《明朗的夏天》，在片中饰演痞气、混不吝具有叛逆个性的足球教练胡凯。

2018年4月，与耿乐合作主演警匪爱情电影《不夜之海》，在片中饰演经验丰富、思维缜密的刑警队长赵海涛；7月10日，主演的青春悬疑网剧《你是我的英雄》开拍，在剧中饰演双面反派唐臻；10月22日，主演由史岳执导以秦明著系列小说《法医秦明》改编的系列网络电影在重庆开机，邓飞在片中饰演心思缜密、逻辑能力极强的秦明。

2019年11月29日，出演董洁、任达华等人主演的现实主义题材剧《澳门人家》播出；11月29日，主演的悬疑剧《法医秦明之致命小说》播出。

2021年6月18日，主演的电影《热带往事》全国公映，在片中饰演刑警小许。