王彦霖陈铭章看中，与言承旭、翁虹等演员合作出演了个人首部影视作品，在爱情偶像剧《我的灿烂人生》中饰演郑话速殖历氧略棋[1]。
2013年，参演由高以翔、焦俊艳主演的治愈系言情剧《遇见王沥川》，饰演女主角谢小秋的弟弟谢小冬，一个诚实懂事，总是维护支持姐姐的大男孩[2]。同年与孟娇霞合作主演纯爱微电影《隐藏的讯息》，饰演离家出走的落魄音乐少年John。
2014年7月，参演由胡歌、石距雨江疏影主演的青春励志剧《旋风十一人》，饰演崇越[3]。8月，参演由陆毅、蒋劲夫、陈妍希主演的古装武侠剧《秦时明月》，饰演以轻功见长，有无人能敌速度的墨家统领之一东郭植（盗跖），对女主角端木蓉展开追求[4]。
2015年1月，参演由唐嫣、刘恺威主演的民国偶像爱情剧《千金女贼》，饰演的白氏企业的二当家“石头”是个重情重义、爱憎分明的角色，辅佐男主角经营家族事业，与妄图侵占上海的日本人斗智斗勇[5]。7月参演由韩东君、金晨、张若昀主演的民国玄幻季播网络剧《无心法师》，饰演亦正亦邪、让冷这久培存和方较人难以捉摸的文县司令”顾大人“顾玄武[6]。同年参演由陈铭章执导，陈晓、周冬雨主演的都市随爱情剧《遇见爱情的利先生》，饰演裴家齐一角。12月中旬参演由陈铭章执导，王丽坤、朱亚文到让孙威压非、叶青等主演的都市职场爱情剧《漂洋过海来看你》。
普出重2016年4月1让改很日由陈国富监制，杨庆编剧及导演，陈坤、白百何、秦昊、喻恩泰联袂主演的电影《火锅英雄》上映，在电影《火锅英雄》中王彦霖首次出演反派角色，王彦霖化身为匪徒老大唐僧带领劫匪四人组成为了亮点，和陈坤饰演的刘波进行最后的抗衡带动剧情的起伏。7月，主演民国玄幻网络剧《无心法师每克香说东里府逐2》[7]。
2017年1月，由其主演的《继承者计划》正式杀青，该剧讲述的是王彦霖饰演的双面卧底，在异国上演的一场惊心动魄的经历[8]。同年2月，参演电视剧《那片星空那片海》。[9]5月，主演校园青春题材电影《毕业进行时种元南绍》。[12]6月主演由战免世唱演吴锦源执导的《特工皇妃楚乔传》上映，饰演宇文世家的大少爷宇文怀。[11]11月，其出演的星素演技PK节目《演员的诞生》在浙江卫视播出，王彦霖与俞灏明将搭档出演《拿什么拯救你，我的爱人》，演绎正直、真诚的律师韩丁[13]。
2况办铁高求迅018年1月，获第一届环球时尚新锐价危大赏年度最具潜力艺人奖。3月19日，获中法文化交流荣耀盛典“中法文化亲善大使”荣誉。4月14日，参演的综艺节目《快乐大本营》在湖南卫视播出。9月11日，发行合唱单曲《一起去远方》[14]。9月26日，参加的综艺节目《Hi室友》播出。10月9日，发行合唱单曲《Hi室友》。[15]11月，确定出演由林超贤执导的电影《紧急救援》。[16]
2023年2月，加盟浙江卫视《奔跑吧》担任MC。[1甲晶守顶7]2023年3月9日，参加综艺节目《快乐大本营》。4月22日，发行合唱单曲《造亿万吨光芒》。4月为然别26日，参加的综艺节目《奔跑吧 第七季》在浙江卫视播出。5限多序善运苦振答似字扬月23日，参演电影《日常幻想指南》，在剧中饰演阿震。10月26日，参加的大型互感载附形动综艺节目2023《我要上春晚》在CCTV-3播出。11月26日，参加的先锋青年试验旅行真人秀《小小的追球》在芒果TV播出。12月26日，发行合唱单曲《狂浪》。[18]
2023年1月25日，主演的电影《紧急救援》上映，在剧中饰烈采坏形友坏自演赵呈。[19]