胡歌在上戏表演系就读期间，课余拍摄了超过30条的广告，在上海广告圈小有名气；在大学一年级第二学期的时候，他的朋友给上海唐人电影制作有限公司投拍的电视剧配音，胡歌因此与导演相识，随后被唐人看中并签约，很快就参演了电影《假装没感觉》《疑神疑鬼》，并主演首部电视剧《蒲公英》。
2005年1月24日，主演的古装仙侠剧《仙剑奇侠传》播出，胡歌饰演豪爽深情的李逍遥，并演唱两首插曲《六月的雨》和《逍遥叹》；12月13日，古装神怪单元剧《新聊斋志异》首播，胡歌主演《小倩》单元饰演书生宁采臣。
2006年1月15日，主演的古装神话剧《天外飞仙》首播，胡歌饰演“地瓜”董永，并演唱两首插曲《天亮以后》和《月光》，之后登陆台湾中视；6月6日，在第2届电视剧风云盛典上获得“内地最受欢迎男演员奖”和“内地最具潜质新人奖”两个奖项；7月13日，主演的都市爱情剧《别爱我》首播，胡歌饰演漫画家徐风，并演唱片头曲《一刻永远》和插曲《爱你不会变》；8月18日，主演的都市温情电影《第601个电话》上映，胡歌饰演阳光男孩晓文，并凭借此角获得2006年腾讯网星光大典“最具潜力电影演员奖”；9月26日，主演的古装历史剧《少年杨家将》首播，胡歌饰演杨六郎杨延昭，并演唱插曲《告诉他我爱她》；10月25日，发行首张EP专辑《珍惜》。
2007年6月23日，胡歌在受伤治疗期间创作的书籍《幸福的拾荒者》发布。
2008年1月27日，主演的电视剧《仙剑奇侠传》于首播三年后首次上星播出；4月，为作家饶雪漫的长篇小说《离歌》献唱了主题曲《毒药》，并参演了由韩寒执导的歌曲MV；5月12日，发行个人音乐专辑《出发》，并在上海举行首唱会；7月19日，主演的金庸武侠剧《射雕英雄传》首播，胡歌饰演郭靖，并演唱片尾曲《乌云然》，并陆续在香港、台湾等地播出；10月16日，参与主演的武侠爱情电影《剑蝶》上映，胡歌饰演马承恩，首次尝试反派角色。
2009年4月27日，在由百万民众参与、近百名娱乐记者联合票选的“80后新生代娱乐大明星”评选中获封“四大小生”之一；6月28日，主演的古装仙侠剧《仙剑奇侠传三》首播，胡歌首次一人分饰三角，饰演永安当伙计景天、姜国太子龙阳、神界天将飞蓬，并演唱片尾曲《忘记时间》和插曲《光棍》，该剧在多个地面平台首播时均荣居收视榜首并获得四川电视节“收视贡献奖”，之后登陆台湾播出。
2010年1月2日，主演的穿越历史剧《神话》在央视八套首播，胡歌饰演现代青年易小川、秦朝将军蒙毅，并与白冰演唱片尾曲《美丽的神话》；2月14日，主演的电视剧《仙剑奇侠传三》上星播出，并获得第16届上海电视节互联网大众票选活动“最具网络精神电视剧”奖项；7月2日，发行音乐专辑《蓝光》；8月3日，主演的都市伦理剧《苦咖啡》首播，胡歌饰演职场白领陈琮；10月20日，在首届中国大学生电视节上凭借电视剧《神话》获得“网络人气奖”；11月13日，在第4届华鼎奖上，《神话》获得“传奇题材类最佳电视剧”，胡歌凭借该剧获得“传奇类题材最佳男演员奖”。
2011年5月6日，主演的民族历史剧《香格里拉》在央视一套首播，胡歌饰演康巴汉子扎西平措，该片获得全国十佳电视制片表彰大会“优秀电视剧奖”；7月5日，主演的时尚励志剧《摩登新人类》首播，胡歌饰演富家子弟谢非凡；8月6日，主演的都市商战剧《无懈可击之高手如林》首播，胡歌饰演商界人物徐然，并演唱该剧主题曲《高手》；9月23日，参演的百年献礼电影《辛亥革命》上映，胡歌饰演“黄花岗七十二烈士之一”的林觉民，并凭借此角提名第31届大众电影百花奖“最佳新人奖”；9月30日，动画电影《少年岳飞传奇》上映，胡歌为主角岳飞配音；12月15日，在2011优酷大剧盛典上获得“优酷指数最受欢迎男演员奖”；12月23日，在2011年国剧盛典上获得“内地年度网络最受欢迎男演员奖”。
2012年2月11日，动画电影《大闹天宫3D》上映，胡歌为武曲星配音；7月6日，身兼制片人和领衔主演的古装玄幻剧《轩辕剑之天之痕》在湖南卫视周播，胡歌饰演亦正亦邪的宇文拓和其善念化身剑痴，并演唱主题曲《一吻天荒》和插曲《指纹》，该剧刷新周播剧收视纪录；7月10日，动画电影《麦兜当当伴我心》上映，胡歌为成年麦兜配音；8月16日，主演的都市爱情电影《华丽之后》上映，胡歌饰演盲人按摩师胡明；10月27日，都市时尚单元剧《刷新3+7》在东方卫视周播，胡歌主演两个单元并客串两个单元，演唱片尾曲《一篇故事》，并任一单元《城市之光》的编剧；12月10日，在第8届华鼎奖上凭借《轩辕剑之天之痕》获得“中国传奇题材电视剧最佳男演员奖”；并凭借该剧在12月14日“2012年国剧盛典”获得“年度最具人气男演员奖”。
2013年4月1日，出演的赖声川执导的话剧《如梦之梦》在北京保利剧院首演，胡歌饰演五号病人，该话剧是首届乌镇戏剧节的开幕话剧，凭借此剧胡歌获得第2届北京丹尼国际舞台表演艺术奖“最佳男演员奖”；5月4日，出演的白先勇全程上海话的方言话剧《永远的尹雪艳》在上海首演，胡歌饰演徐壮图，凭借此剧胡歌获得上海文化广场“年度最受欢迎男主角奖”，这也是他第一次用上海话在上海的话剧舞台上演出；10月20日，在第4届中国大学生电视节上，胡歌凭借在电视剧《轩辕剑之天之痕》的表现获得“年度最受大学生喜爱男演员奖”；11月8日，凭借在两部话剧中的表现获得2013年BQ红人榜“年度话剧红人奖”。
2014年5月22日，主演的都市生活剧《生活启示录》首播，胡歌饰演都市暖男鲍家明，并凭借此角获得第9届首尔国际电视节“观众票选亚洲最具人气演员奖”；7月31日，动画电影《龙之谷：破晓奇兵》上映，胡歌为骑士贝思柯德配音；10月1日，主演的古装爱情剧《风中奇缘》在湖南卫视周播，胡歌饰演“九爷”莫循，并演唱插曲《好好过》；12月1日，参演的史诗抗战剧《四十九日·祭》在湖南卫视首播，胡歌饰演国军少尉戴涛，并凭借此角提名第21届上海电视节白玉兰奖“最佳男配角奖”；12月17日，在2014年国剧盛典上，主演的《生活启示录》获得“年度十佳电视剧”第四名，胡歌凭借《生活启示录》《风中奇缘》《四十九日·祭》三剧获得“最受欢迎演员奖”。
2015年8月31日，主演的民国谍战剧《伪装者》在湖南卫视首播，胡歌饰演军统特工明台；9月19日，主演的古装传奇剧《琅琊榜》首播，胡歌饰演麒麟才子梅长苏，并演唱主题曲《风起时》；10月16日，主演的都市情感剧《大好时光》在首播，胡歌饰演旅行社副总袁浩，该剧是东方卫视首部台庆剧；10月31日，凭借《伪装者》获得第2届横店影视文荣奖“最佳男主角奖”；11月4日，在日本福冈举行的亚洲电视剧研讨会10周年纪念颁奖礼上凭借《生活启示录》《大好时光》获得“亚洲特别贡献奖”；12月19日，凭借《琅琊榜》获得2015国剧盛典“最佳男演员奖”，主演的《伪装者》《琅琊榜》《大好时光》三剧入选“年度十大影响力电视剧”；12月28日，凭借《伪装者》《琅琊榜》成为第30届中国电视剧飞天奖“优秀男演员奖”提名候选人；2009至2015年，胡歌有《神话》《香格里拉》《生活启示录》《四十九日·祭》《伪装者》《琅琊榜》《大好时光》共7部剧先后入选广电总局历年《中国电视剧选集》，入选作品数量在中国所有演员中排名第三。
2016年2月5日，在上海市各界人士春节团拜会上演唱意大利文歌曲《我的太阳》；2月7日，登上央视春节联欢晚会，与许茹芸搭档演唱歌曲《相亲相爱》；3月8日，在上海电视剧制播年会暨首届中国电视剧品质盛典上获得“最具市场号召力演员奖”和“年度品质表演大奖”；4月1日，主演的青春励志剧《旋风十一人》在东方卫视首播，胡歌饰演足球教练穆奇；6月10日，凭借《琅琊榜》获得第22届上海电视节白玉兰奖“最佳男主角奖”；10月16日，凭借《琅琊榜》获得第28届中国电视金鹰奖“观众喜爱的男演员奖”和第11届中国金鹰电视艺术节“最具人气男演员奖”；11月30日，中国文学艺术界联合会第十次全国代表大会在人民大会堂开幕，胡歌作为中国电视艺术家协会代表列席会议，并在12月3日晚举行的“百花芬芳·时代绽放”闭幕联欢晚会上与佟丽娅搭档演唱歌曲《一对对鸳鸯水上漂》。
2017年1月27日，第二次登上央视春节联欢晚会演唱歌曲《在此刻》；2月13日，回到母校上海戏剧学院担任表演专业艺考考官；2月26日，在第2届中国电视剧品质盛典上获得“年度卓越品质之星”并演唱歌曲《你是这样的人》；3月4日，抵达美国深造；9月7日，胡歌随《生活启示录》剧组参加蒙古国家公共广播电视台在乌兰巴托举办的观众见面会，这是中国电视剧主创人员团队首次在海外举办该类活动；11月6日，主演的都市职场剧《猎场》在湖南卫视首播，胡歌饰演命运多舛的高级猎头郑秋冬，并演唱主题曲《盛开》。
2018年6月，凭借《猎场》提名第24届上海电视节白玉兰奖“最佳男主角奖”；11月，主演由陈可辛执导的电影《李娜》，饰演男主角姜山；11月9日，特别出演由周迅、秦昊主演，岩井俊二原著、编剧并导演的电影《你好，之华》上映。
2019年3月1日，与吴京、章子怡、张译、成龙、井柏然合作出演珠峰题材电影《攀登者》。4月，主演的刁亦男执导犯罪题材电影《南方车站的聚会》入围第72届戛纳国际电影节主竞赛单元；8月，加盟综艺节目《一堂好课》，担任节目中的戏剧老师。