1997年，年仅19岁的李晨刚刚考入艺术学院，还没有开始系统的表演学习，便在数千人的竞争中脱颖而出，在校园青春剧《十七岁不哭》中饰演男主角简宁，从而正式进入演艺圈；同年，与颜丹晨、张超、炀姿白云合作主演青春剧情电影《花季·雨季》，在片中饰演擅长打篮球的体育委员王笑天。
1998年，与王志文、李幼斌、陈大伟合作主演警匪剧《刑警本色》，在剧中饰演梅莉的弟弟梅英，这是他首次与段奕宏合作。
2002年，与李小璐、吕丽萍、孙一理合作主演清宫剧《十三格格》，在剧中饰演与十三格格一起长大并一直追求着她的男主角七贝勒。
2004年，与任泉、刘威、赵琳合作主演警匪剧《危情24小时》，在剧中饰演精明干练、经验丰富的反恐特警方进。
2005年，与刘烨、左小青、黄觉合作主演刑侦剧《一针见血》，在剧中饰演女主角樊丹的弟弟樊东。
2006年，与王宝强、陈思成、段奕宏合作主演青春励志剧《士兵突击》，在剧中饰演坚持自己的原则、充满希望和乐观的少校吴哲，这是他与段奕宏继《刑警本色》后的再度合作；同年，出演有张涵予、邓超、廖凡主演的战争题材电影《集结号》，在片中饰演解放军干事刘干事。
2007年，与罗德元、黄轩、郑罗茜合作主演剧情电影《地下的天空》，在片中饰演矿工宋大明；同年，与王斑、嵇波、李东翰合作主演警匪悬疑剧《绝密押运》，在剧中饰演80后押运兵陶涛；同年，与国丽娜、齐奎合作主演数字电影《极限救援》，在片中饰演乐于助人、豪爽直率的出租车司机刘武塑。
2008年，与葛优、邬君梅、段奕宏合作主演桃色喜剧电影《桃花运》，在片中饰演老实善良且带点傻气的酒店厨师关祥，与小宋佳饰演一对情侣；同年6月，凭借电影《极限救援》获得“第11届上海电影节传媒大奖”最具潜力新人奖。
2009年，与廖凡、张译、杨烁合作主演抗战剧《生死线》，在剧中饰演宁守备团的上尉副官龙文章；同年10月，凭借电影《极限救援》入围“第37届国际艾美奖”最佳男主角奖；同年，与徐帆、张静初、陈道明合作主演灾难电影《唐山大地震》，在片中饰演女主角方登的弟弟方达。
2010年，与刘烨、陈坤、张嘉译合作主演历史电影《建党伟业》，在片中饰演张国焘，这是他首次出演历史人物；同年，与小宋佳、杨立新、霍思燕合作主演家庭情感剧《风车》，在剧中饰演做人真诚、做事讲义气的男主角梁尘，同年，与陈思诚、张译、杨幂合作主演都市情感剧《北京爱情故事》，在剧中饰演个性格温和、无欲无求的男主角吴狄，与此同时李晨还担任了该剧的监制；同年10月，出版个人首本文学作品《晨光倒影》。
2011年3月，凭借电影《唐山大地震》获得“第五届娱乐大典”年度电影飞跃人物大奖；同年，与李雪健、陶虹、奚美娟合作主演公益电影《杨善洲》，在片中饰演男主角杨善洲的得力助手周波；同年，与郑伊健、于波、周渝民合作主演古装电影《忠烈杨家将》，在片中饰演杨四郎，这是他首次出演古装电影；同年，与马伊琍、尤勇合作主演年代情感剧《风和日丽》，在剧中饰演刚毅正直、深情专一的军官刘世军；之后，他还出演了赵宝刚执导的都市情感剧《北京青年》，在剧中饰演经济学硕士何东。
2012年，与张译、高捷、张殿伦合作主演近代革命剧《好家伙》，在剧中饰演海滩一帮派老大屠先生一力培养的接班人时光；同年5月，福布斯中国名人榜公布，李晨首次上榜，位列第56名；同年8月，凭借电影《唐山大地震》获得“第31届大众电影百花奖”最佳男配角奖的提名。
2013年，与霍思燕、于越、杜江合作主演当代励志剧《草帽警察》，在剧中饰演心地善良温和、为人稳重踏实的男主角刘五四；同年，与靳东、潘虹、高鑫合作主演医疗剧《到爱的距离》，在剧中饰演普外科主任李睿；之后，他还客串了刘烨、陈宝国主演的近代战争剧《北平无战事》，在剧中饰演齐慕堂；同年，与蓝盈莹、安宇、李郁文合作主演微电影《致父亲》，在片中饰演身为摄影师的男主角王浩然；同年8月25日，其主演的微电影《因情圆缺2：代理相亲》在北京举办了首映礼；同年8月29日，李晨赴美国拍摄由搜狐视频制作的音乐旅行真人秀节目《唱游天下第二季》。
2014年，李晨参加浙江卫视大型户外竞技真人秀《奔跑吧兄弟》的录制，与此同时他还出演了《奔跑吧兄弟》的电影版；同年，与范冰冰、张丰毅、李治廷合作主演古装宫廷剧《武媚娘传奇》，在剧中饰演女主角武则天青梅竹马的情人李牧。
2015年3月28日，其主演的都市情感剧《天使的城》在浙江卫视、江苏卫视播出，在剧中饰演热情仗义的出租车司机李飞翔；同年4月2日，其主演的电影《咱们结婚吧》上映，在片中饰演热情奔放、敢爱敢恨的音乐专业生李想；同年8月5日，其主演的抗战剧《秀才遇到兵》在江苏卫视、北京卫视播出，在剧中饰演机智过人、满腹经纶的男主角龙千言；同年10月21日，其主演的《三个奶爸》在浙江卫视、深圳卫视播出，在剧中饰演男主角余峥。
2016年1月7日，与黄晓明、Angelababy、海清成为首批加入星光公益联盟的明星，并获得“推动公益影响”奖项；之后，与，吴秀波、刘涛、张钧甯合作主演古装剧《军师联盟》，在剧中饰演魏文帝曹丕；同年3月，获得“第18届华鼎奖”中国最佳电视剧男演员奖；同年12月3日，获得“爱奇艺尖叫之夜”年度最受观众喜爱电视剧演员奖。
2017年3月，被聘任为了中国电视艺术家协会演员工作委员会理事；同年，执导并主演现代空战题材电影《空天猎》；11月22日，获得第14届MAHB年度先生盛典年度新锐导演奖；12月，加盟中央电视台综艺频道的文博探索节目《国家宝藏》，担任“国宝守护人”。7日，继续出演古装剧《虎啸龙吟》。
2018年，与王千源、杨采钰等联合主演悬疑剧《七日·生》，在剧中饰演李晓宇；9月2日，《中国影视明星社会责任研究报告（2017-2018）》发布，李晨位居第七名；12月18日，获得中国时尚权力榜年度守望者大奖。
2019年7月2日，其参加的腾讯视频全明星篮球竞技真人秀节目《超级企鹅联盟Super3:星斗场》首播。
李晨小时候，他的父母便离异了。李晨在家排行老大，他有一个比他小18岁的妹妹。
2015年5月29日，李晨与范冰冰公开承认恋情。2017年9月16日，李晨在范冰冰36岁生日当天，向她求婚成功。
2019年6月27日，范冰冰宣布与李晨分手。
2010年12月6日，李晨走进鄂西山区希望小学，为孩子们带去文体用品、过冬所需的手套与围巾，还在校园里与孩子们一起进行了丰富多彩的互动活动。
2011年3月14日，李晨及《北爱》剧组主创在拍摄间隙赶往周边贫困山区，看望那里的孩子们，在给他们送去生活用品、玩具的同时，还呼吁社会公众携手奉献爱心。
2012年9月18日，李晨在环塔拉力赛中因伤退赛，在征得医生的同意后，李晨以车队队长的身份“走完”之后的赛程。仪式过后，李晨又带伤助阵“环塔捐建爱心书屋”公益活动。
2013年7月6日至8日，李晨到漾濞县苍山西镇密场村及富恒乡看望“中国乡村儿童大病医保公益基金”项目的承保患儿；同年8月10日，李晨参与大福自闭症关爱基金在北京举办明星赛车慈善赛；同年8月22日，李晨携手“它基金”拍摄公益广告，向社会呼吁：对伴侣动物负责，对生命负责。
2014年1月，李晨联合新浪发起“李晨益起来，温暖马路天使"，共捐出价值30万元的暖心礼物，其中包括1000件羽绒服和1000双手套；同年6月，慕思以“筑梦者与梦想同行”为主题的十周年全球庆典在东莞盛大举行，李晨心系贫困山区儿童，与胡军、张歆艺共同担任公益大使，为贫困的山区孩子圆梦。”的公益活动；同年11月“梦想100分”大型公益计划，为了让贫困地区的孩子们有更好的学习和生活环境，助力他们的梦想，近10年时间里，已向全国100多所贫困山区的学校捐赠物资。
2015年，李晨助力由网易、世界自然基金会、中国绿化基金会合作举办的，旨在抵御全球气候变暖，保护北极熊生存环境的公益活动，拯救“熊孩子”网易公益饷；同年5月31日下午，李晨抵达西藏助阵“爱里的心”慈善项目；同年7月11日，担任“向上马拉松公开赛”向上大使，与唐嫣、胡彦斌等各路体育界、演艺界明星共同倡导积极向上的运动方式。
2016年1月7日，获得新浪微博之夜年度卓越公益人物奖；5月25日下午，李晨作为“北京市环保公益大使”出席在联合国环境规划署总部肯尼亚首都内罗毕举办的第二届联合国环境大会(UNEA2)，他也是首位参加联合国环境大会的华人明星，同时宣布发起“跑蓝计划”。
2017年8月，通过微博为四川阿坝州九寨沟县地震灾区祈福，并及时捐款支援；9月，李晨被授予“联合国环境署亲善大使”称号，致力于建立有效的伙伴关系并提高公众的环境与健康意识，助力联合国环境署在中国开展“生命呼吸”运动，与《人民日报》、联合国环境规划署等共同发起战胜污染，迈向#零污染地球#的公益倡导。
2018年1月18日，获得微博之夜星光公益力贡献荣誉奖；1月31日，《中国慈善家》揭晓了“2017中国慈善名人榜”，范冰冰、李晨排名第4；6月5日，获得“2016-2017绿色中国年度人物”。
综合荣誉
影视奖项
爱奇艺尖叫之夜
MAHB年度先生盛典
公益类奖项
北京大学生电影节
时尚类奖项
李晨身上有一种理科生的典型特质，睿智、阳光、亲和、稳健。李晨的五官线条够英朗，搭配健康的肤色更是男人味十足。李晨外形阳光帅气，并且亲和力十足。李晨能够紧扣角色，并且对角色的把握张弛有度。在经过多部戏剧的扎实积累，让他的演技日臻精湛，也比同龄人多了一些心灵的淬炼。李晨不仅拥有帅气的肌肉线条与爆表的颜值，他言语间的体贴、温柔又不失霸道的味道更让《我们结婚吧》中的角色爆发男性荷尔蒙、、。
李晨略微有些长的短发往后梳，有些飞机头的味道，但是却更加成熟稳重，露出额头的话气质也很潇洒，搭配西装皮革，冷酷总裁范儿倍显。而随性利落的短发则是他简单的体现，自然黑发低调而有沉稳，笑容温暖亲和，搭配白色衬衫与淡色西装成熟的职场精英味道十足。李晨梳起背头发型，穿上整齐的背心内搭衬衫，简约中透着绅士儒雅，电眼飞舞，轻扬的唇角弧度，完美诠释性感魅惑的冷傲男气质。