2001年被导演张黎选中让其饰演《走向共和》中的光绪皇帝而出道。
2007年出演了第一部电影《立春》在剧中饰演黄四宝。
2009年凭借在《杜拉拉升职记》中王伟的饰演而被观众所熟知，
并凭借此角色获得第三届华鼎奖偶像励志剧最佳男演员奖、“大戏看北京”年终盘点颁奖晚会马首奖、国剧盛典颁奖晚会飞跃奖。
2011年首次指导微电影的《幸福速递》获得2011年度“触电”竞赛单元最佳剧情短片奖。
2012年电视剧《山楂树之恋》在剧中饰演老三并在第二届乐视影视盛典上获“电视剧飞跃进步演员”奖。
2015年4月13日，主演的都市轻喜剧《酷爸俏妈》上星首播，剧中饰演老板酷爸孙大雷。
2015年5月20日，在上海“壹戏剧大赏”颁奖典礼上，李光洁凭借话剧《罗密欧与朱丽叶》获得年度最佳男演员奖。
2016年，参演电影《铁木真传说》。8月11日，主演的电影《使徒行者》正式上映；
同年，参加北京卫视明星真人秀《跨界歌王》的比赛，获得最具突破奖。搭档冯绍峰、刘亦菲出演魔幻电影《二代妖精之今生有幸》，
饰演妖界重要人物云中鹤。搭档许晴、黄觉等出演电影《刀背藏身》，饰演沈飞雪。
参演崔斯韦导演的电影《雪暴》。搭档陈数、雷佳音，主演电视剧《和平饭店》。
担任野生救援组织保护鲨鱼公益形象大使，在墨西哥海底拍摄公益广告《鲨鱼来了.饭局篇》。