2004年，出演青春校园剧《校园往事》，在剧中饰演男主角惊涛，这是他的首部电视剧作品，从而正式进入演艺圈 。

2005年，参加“第五届全国电视希望之星大赛”，获得广告模特组全国金奖、通俗组全国十佳、影视表演组全国十佳；同年，出演王小康执导的家庭伦理剧《无法抗拒》，在剧中饰演男主角郑川平的秘书 。

2006年，参加“天天人气秀”月星桂冠挑战赛，获得6月份月冠军 ；同年，参加东方卫视选秀娱乐节目《加油！好男儿》的比赛，获得成都赛区五强 ；此外，他还参加了东方卫视选秀娱乐节目《我型我秀》的比赛，获得西安赛区20强。

2007年，再度参加东方卫视选秀娱乐节目《加油！好男儿》的比赛，获得重庆赛区五强 ；同年11月，参加BTV-8娱乐互动类节目《动感秀场》的录制 。

2009年，出演张翰、俞灏明主演的青春励志偶像剧《一起来看流星雨》，在剧中饰演艾利斯顿商学院的安远老师。2010年8月9日，其出演的青春励志偶像剧《一起又看流星雨》在湖南卫视首播。

2011年，出演邓丽欣、谢君豪、田亮主演的青春励志电影《公主的诱惑》，在片中饰演酒吧服务生小宝 ；同年，出演王明台、王丽文执导的都市情感励志剧《就让咖啡有点甜》。

2012年9月，推出个人单曲《如果你不爱》 ；同年，出演陈思诚、田中千绘、倪虹洁主演的爱情喜剧电影《恶作剧之吻》，在片中饰演女主角海荣的前男友马达。

2013年1月18日，推出首张个人EP专辑《我们别再犯错》；随后，与林峰、张晓龙、张檬合作主演古装武侠剧《陆小凤与花满楼》，在剧中饰演天禽门掌门人霍天青，这是他首次在影视作品中尝试古装扮相 ；同年，出演杨幂、李易峰、乔振宇主演的古装奇幻剧《古剑奇谭》，在剧中饰演天墉城弟子陵川 ；同年11月，参加四川卫视时尚娱乐节目《心动女人帮》的录制 。

2014年，出演黄晓明、陈乔恩、乔任梁主演的民国爱情剧《锦绣缘华丽冒险》（原名《锦绣缘》），在剧中饰演男主角左震的好兄弟唐海 ；同年，与吕聿来、黄璐、冯丹滢合作主演爱情轻喜剧电影《简装男神》，在片中饰演阳光帅气且幽默风趣的花花公子唐谦 ；之后，出演林合隆执导的都市励志情感剧《深圳合租记》，在剧中饰演白晶晶的男朋友赵亮亮，与郑罗茜饰演一对情侣 ；同年8月，出演郭昊阳执导的剧情电影《留校》 ；此外，他还为微电影《马来亚的青春》演唱了主题曲《渐冻爱》 。

2015年，与张檬合作主演古装玄幻武侠剧《欢乐大英雄》 ；同年，出演杨烁、曾泳醍主演的都市情感剧《美梦成真》，在剧中饰演叱咤律政界的大律师孟一畅，这是他首次在影视作品中尝试律师的角色 ；同年12月21日，其出演的都市情感励志《花火》在浙江卫视首播，而他在剧中则饰演了帅气多金、只喜与帅哥为伍并对女生不屑一顾的贵公子江海 。

2016年4月3日，其出演的古装剧《武神赵子龙》在湖南卫视首播，而他在剧中则饰演了英挺帅气的山贼老莫 ；同年4月23日，其出演的都市情感剧《头号前妻》在安徽卫视、浙江卫视上星播出，而他在剧中则饰演了阳光帅气且用情专一的摄影师康堤 ；同年9月9日，其主演的惊悚悬疑电影《荒村凶间》上映，而他在片中则饰演了被困在孝子镇无法逃脱的男主角比毅 ；同年，与尹玲、芮伟航、赵威霖合作主演古装魔幻电影《画皮师》，在片中饰演为人温和、做事沉稳的男主角方祭 。

2017年，与张檬、戴向宇合作主演抗战剧《怒放的青春》，在剧中饰演与何薇薇相爱的革命小分队义士邵志海 ；同年3月8日，其主演的都市玄幻喜剧《幻城凡世》在腾讯视频播出，而他在剧中则饰演了女主角洛洛的助理葛铭月 。2017年担任爱奇艺大型户外真人秀《了不起的兽人族》飞行嘉宾 。

2018年，中国演员代表蔡俊涛参与了在冬奥会举办地韩国的火炬传递活动。 同年，蔡俊涛主演的网络大电影《画皮师》 、网剧《蜜恋失心》 登录爱奇艺。同时，蔡俊涛主演的《我家徒弟又挂了》也即将播出。 同时，蔡俊涛、张南联袂主演的超级剧集《楚留香新传之美人图鉴》在横店开机，该剧由香港导演黄建勋执导。

2020年12月30日，主演的新武侠网络剧《武林秘案之美人图鉴》在腾讯视频开播。