2003年，还在北京电影学院上二年级的万思维参加了由湖南经视台举办大型选秀类综艺节目《绝对男人》年度总决选和湖南卫视第二届中国金鹰电视艺术节之“金鹰新秀大赛”而获得了广泛关注；同年凭借和夏雨，周韵主演的都市爱情剧《爱上单眼皮的男生》进入娱乐圈 。 2005年考入中国人民解放军八一电影制片厂演员剧团，并在纪念建军80周年文艺汇演中凭借自编自导小品《热血》获得汇演三等奖；同年参演八一电影制片厂献礼影片《八月一日》。 2007年参演李冰冰、刘晓庆等主演的民国家庭情感剧《徽娘宛心》获得好评；2008年在青春励志喜剧电影《王子雄兵》中担任男主角梁大维，并客串电视剧《风流侨女》和《大宋才子黄庭坚》。 2009年与黄海冰等主演古装剧《大明医圣李时珍》饰演李行义；同年与韩雪等合作主演湖南卫视定制的都市爱情剧《娱乐没有圈》（又名《像傻瓜一样去爱》），在剧中饰演了一个对韩雪默默深爱并时刻保护她不受任何伤害的男人鲍迪，此剧取得不俗的收视率，为其赢得很多粉丝和好评。 2010年1月1日，由万思维主演的军旅青春励志剧《第五空间》在中央电视台8套黄金档作为开年大戏播出，并获得同时段全国收视率第一，此外该剧还在第二十三届全军电视剧金星奖中获得优秀电视剧一等奖，并在优酷年度盛典中评为年度十佳电视剧，万思维在剧中饰演老大沃威，出色的表演为其赢得业界好评和大量的忠实观众 。2013年由万思维和张丰毅联袂主演的战争史诗剧《国家记忆》（又名《远征!远征》），在这部大气磅礴耗资8000万的战争巨作中，万思维倾其所有能量，塑造了一个有血有肉，带领弟兄血洒疆场的抗战英雄形象。 2013年，由万思维、甘婷婷、李彩桦，领衔主演的年代苦情剧《错嫁》开始播出，万思维担任男主角周鼎元，此剧中他饰演了一个外表温文尔雅、内心细腻温暖的民国大少，与两位女主角展开了一段苦情之恋，此剧取得南方地区同时段收视率前三的好成绩，万思维也被网友评为“新一代苦情小生”，该剧使他赢得了众多女性观众喜爱。 2013万思维和唐国强、宋春丽等人主演的献礼影片《雷锋的微笑》全国上映，万思维饰演男主角雷锋，经过提前半年对人物的研究和琢磨，万思维完美塑造了一个新时代的全新雷锋形象，其精湛的演技获得了业内一致认可，被媒体评为“史上最帅最温暖的雷锋”。 2014年，万思维与张佳宁、王阳等领衔主演的关于婚恋话题的都市情感剧《裸婚之后》将于5月7日登陆浙江卫视，该剧《裸婚时代》的姐妹篇开播之前就引起了各方的广泛关注。该剧聚焦现代都市社会婚恋的新状态“半婚族”的婚恋生活，直击该群体复杂的内心情感世界。万思维饰演的钟亦诚是一个外表玩世不恭，内心却极其细腻的男人，在情感、工作、家庭不断的经历着起伏和挫败之后，他虽然表面潇洒但是内心却痛苦不堪，对这样一个人物的诠释，万思维极其用心，虽然是首次参与婚恋题材的作品，但是他相信一定会带给观众一个全新的感受，通过角色而使观众了解到一个用心演戏的演员形象！ 2016年，万思维主演由导演于立清任导演及编剧的民间传奇电视剧《女匪首传奇》，万思维在剧中饰演忠厚善良的保镖队长百子，后期他投身于解放事业中，劝服女匪首楚云鹤降和。