1999年在电视剧《新闻小姐》中饰演计小宇一角。同年参与拍摄杨恭如、李亚鹏主演的青春偶像剧《情牵日月星》，饰演陈飞。

2000年参演唐国强、鲍国安主演的古装剧《包公生死劫》。同年在王亚楠、李嘉存主演的爱情古装剧《东西奇遇结良缘》，饰演诸葛小花。　2001年在李小璐、潘粤明主演的青春偶像剧《青春的童话》中饰演陈虎。

2002年与焦恩俊、金巧巧合作领衔主演古装戏说剧《飞刀问情》，饰演龙小云。

2003年参演由汪国辉执导的爱情连续剧《追梦谷》，在剧中饰演李晓飞一角。同年友情参演电视剧《女人行》，饰演独行侠。

2004年在李密执导编剧的青春偶像剧《魔术奇缘》中饰演吴奇安。

2007年搭档张涵予、王宝强领衔主演朝鲜战争及建国初期为题材的电影《集结号》，并凭借此片荣获第十五届大学生电影节最受欢迎男演员和第17届金鸡百花电影节最佳新人奖提名。同年与金桢勋、徐若瑄合作领衔主演情感剧《恋爱兵法》，饰演王文清。

2008年联合罗海琼、刘佩琦领衔主演战争历史剧《烽火影人》，饰演谢团长。同年与李清、孟梦合作主演电影《七秒钟的鱼》，在影片中饰演梁晨。

2009年在吴辰君、赵文琪主演电视剧《九鼎迷踪》中饰演藤伟，因在拍戏现场意外遭遇车祸而受伤。同年参与拍摄电影《约翰·拉贝》，饰演小顾。

2010年与言承旭、陈嘉桦合作主演爱情剧《就想赖着你》，饰演赵擎一角同年在薛佳凝、杜淳主演的全新偶像剧《租个女友回家过年》中饰演符佐。在曾宝仪、张浩天主演的喜剧《天师钟馗之青蛇有泪》中饰演孟文轩，与安以轩主演电影《喋血孤城》。

2011年搭档富大龙、李倩领衔主演电视剧《新京城四少》，饰演童玉官。同年参与拍摄由穆德远执导的战争剧《中国1921》，在剧中饰演湘江三杰蔡和森。

2012年联合朱亚文、李梁主演革命史诗题材电视剧《我们的法兰西岁月》，在剧中饰演宗旭之。同年搭档惠英红、莫小棋主演都市迷情片《幸福迷途》，饰演刘峰。

2013年搭档佟丽娅、陈小艺领衔主演以1976年发生在唐山的那场巨大灾难为背景的电视剧《唐山大地震》，饰演万小达。同年在戴睿执导的时装剧《美人季》中饰演周康。

2014年联合张歆艺、袁弘领衔主演电视剧《解忧公主》，在剧中饰演军须靡。同年与汤唯、冯绍峰主演影片《黄金时代》，饰演汪恩甲。 与张嘉译、黄志忠合作主演以扬州盐商为题材的电视剧《大清盐商》，饰演汪海鲲。与王学圻、李欣汝合作主演历史题材电视剧《孔子春秋》，饰演少正卯。

2015年，12月5日大型古装悬案剧《长安三怪探》开播，袁文康在剧中出演热血怪探李秀一 。

2016年，2月电视剧《女医·明妃传》热播，饰演“蒙古王”绰罗斯·也先获好评，同月电视剧《解忧公主》央视热播，再度出演异域王军须靡，成功在荧屏上承包异域王的角色。

2016年4月，在与保剑锋合作的抗战电视剧《雪海》中，饰演反派中山武。4月15日，主演的电影《纽约纽约》全国公映。同年，与赵丽颖、陆毅主演民国谍战剧《胭脂》。

2017年10月，央视八套播出抗战电视剧《飞哥战队》中，饰演抗战英雄梁飞。2017年底，在古装大戏《如懿传》中，饰演太医江与彬。

2018年，领衔主演的暗黑系犯罪片《暴裂无声》于4月4日全国上映饰演律师徐文杰；9月30日，参演的电影《找到你》上映。