2004年，作为男二号参演电视剧《我的功夫女友》，饰演反派杜润南。2006年，主演由金依萌导演的电影《旗鱼》，该剧本是于晓光以自身为原型基础创作的，是中国第二部以游泳为题材的胶片电影，于晓光饰演游泳运动员高明。 2007年，在电影《意乱情迷》中与林申合作，饰演西哥。 2007-2008年，主演了都梁编剧的电视剧“三部曲”：在《我是太阳》中，与刘佩琦、李幼斌、张嘉译合作，饰演邵越，作品荣获第27届“飞天奖”三等奖 ；在《狼烟北平》中与导演陈国星合作，饰演冯牧；在《百年往事》（又称《百年荣宝斋》）中与张嘉译、姚晨合作，饰演张小璐。2009年，在电视剧《娘》中与斯琴高娃、宋春丽、徐秀林等合作，饰演满仓；在纪念中国人民抗美援朝出国作战60周年的献礼剧目《毛岸英》中，成功塑造了领袖之子、人民之子毛岸英的英雄形象，荣获“飞天奖”一等奖、“五个一工程”奖等多个重要奖项，央视、卫视多次重播。2010年，在纪念建党90周年献礼电影《建党伟业》中饰演刘少奇；在 电视剧《利剑无锋》中，与尤勇、颜丙燕、杜源合作，饰演沈昊；在电视剧《阿城》中饰演江海生；领衔主演央视大戏《鄂尔多斯风暴》，饰演塔拉王子。 2011年，主演电影《吴运铎》 ，荣获“五个一工程”奖 、并获得俄罗斯电影节导演奖、最佳视觉效果奖 。在电视剧《鹰巢之预备警官》中作为男一号饰演“魔鬼教官”金锐，在中央八套黄金时间播出；在电视剧《一门三司令》中饰演男一号杨天鸿。 2012年，主演电视剧《二叔》，成功刻画了小人物的成长与痛苦，次年播出时斩获全国收视第二的佳绩 。2013年，携《毛岸英》剧组原班人马排演话剧《毛泽东和他的长子》， 于11月至次年1月在国家大剧院、解放军歌剧院和杭州大剧院演出多场，感动观众。在电视剧《历史转折中的邓小平》中饰演邓质方。2014年，在电视剧《满仓进城》中饰演满仓，该剧在山东、河南、辽宁、河北等多家卫视播出期间，收视率在全国卫视黄金档持续高居榜首 ；在纪念抗日战争胜利70周年献礼剧《南侨机工英雄传》中，饰演方天海。 2015年，在吴锦源执导的民国偶像剧《百战天狼》中，担纲男一号马盖天； 同年主演电视剧《终极使命》 《梦想越走越近》 。2016年，与郭富城、赵丽颖、张翰合作，出演电影《新永不消逝的电波》，饰演大猫；在电视剧《咱家》中饰演男主角郭虎；与斯琴高娃、冯雷合作，主演年代剧《英雄烈》 ；春节期间，加盟山东卫视大型户外真人秀《家游好儿女》，担任明星嘉宾，与父亲远赴欧洲多国共同生活 。