2000年左右，斎藤工曾在香港旅居数月从事模特工作，回到东京后，在一次聚会活动中被香港的朋友介绍给导演山川直人，遂敲定其为《时间的香气》男主演，开始演艺生涯。2005年时，因为一次预定出演中国某电视剧的企划落空，忽然多出一大段空白期的斎藤工参加了网球王子舞台剧的试镜会，顺利得到忍足侑士一角。网球王子舞台剧的大获成功让他在一段时间内人气急升。2010年起，因为三池崇史导演的深夜剧《黑豹如龙新章》和首次主演常规剧《最上の命医》的成功，开始邀约不断，甚至一度创下了连投7、8季的记录。电影方面也与三池崇史、村上隆、宅间孝行等著名导演有所合作，《爱与诚》在戛纳电影节的夜间单元获得了来自世界的好评。2013年因热门电视剧《飞行员小姐》中的教官一角而人气高涨，更拿下TVnari读者票选年度助演男优赏；1月8日，出演由饭岛直子和上户彩共同主演的电视剧《阳光照耀的未来》播出 。2014年因热门电视剧《昼颜~工作日下午3点的恋人们》拿到「オリ★スタ」1000名读者票选的2013夏季剧最佳男主演。年末凭借『昼颜～平日午後3时の恋人たち～』在第82回日剧学院赏中获得助演男优赏第二名（其中记者票第一名、读者票第四名、审查员票第二名）； 2015年热门人物纪录片节目《情热大陆》的播出成为其人气证明。并凭电影《虎影》受邀赴西班牙，参加世界三大奇幻电影节之一的西班牙锡切斯奇幻电影节。2016年初，出演人气推理小说及漫画《火村英生系列》改编的电视剧《临床犯罪学者 火村英生的推理》 。主演9月在NHK播放的新剧《命运般的恋爱》 。参演电影版《昼颜》 。