1999년 V-NESS 전속 모델 선발 대회에서 대상을 수상하며 연예계에 입문했고 같은 해 단막극 《베스트극장 - 길 밖에도 세상은 있어》를 통해 연기자로 정식 데뷔했다. 2001년까지 드라마 《학교 2》와 《학교 3》에 연이어 출연하였고 2002년 시트콤 《똑바로 살아라》와 드라마 《러빙유》로 얼굴을 알리기 시작했다. 2005년 첫 브라운관 주연을 맡은 드라마 《마이걸》이 국내를 넘어 아시아권까지 한류 인기를 얻으며 대세 반열에 올랐으며 2006년 첫 스크린 주연을 맡은 영화 《아랑》도 흥행하며 주연 배우로 확실히 자리매김하였다. 2008년 드라마 《달콤한 인생》으로 연기 변신에 성공한 그는 2009년부터 연예병사로 군 복무를 하였고 2011년 전역 후 바로 출연한 드라마 《여인의 향기》가 국내외로 인기를 끌며 성공적인 복귀를 하였다. 이후 2015년 드라마 《풍선껌》과 2016년 드라마 《도깨비》에 출연하여 연기에 대한 호평을 받았다.

차기작은 거의 항상 전작과 차이가 상이하게 나는 것들로 고르는 탓에 필모그래피를 보면 배우 본인의 주관과 신념이 확실히 드러난다. 그리고 특정 이미지에 국한되지 않고, 독특하고 다양한 종류의 역할에 끊임없이 도전해왔다. 《마이걸》 이후 젊고 부유한 이미지가 생겨나 그런 캐릭터가 등장하는 로맨틱 코미디 대본을 많이 받았으나 이미지가 고정되는 것이 싫어 참여하지 않았고, 로코와 정반대인 공포물을 첫 영화로 택해 주변에서 무난한 현대물을 하자며 반대하기도 했다고. 그 후 드라마 복귀는 로맨틱 코미디가 아닌 불륜과 살인 소재가 들어간 미스터리 멜로물 《달콤한 인생》을 택했으며, 호불호가 갈릴 작품이란걸 알고 있지만 감수하고 선택했다고 한다. 거기다 제대 후 많은 사람이 봐주길 바란다며 고른 《여인의 향기》가 성공하고 나서는 강본은 잊어달라면서 수염을 기르고 개차반의 성격을 가진 야구선수 역할을 맡았다. 전작과 차기작을 보면 배우로서 이미지 고착을 굉장히 경계하는 듯한 모습을 보이고 있으며, 《도깨비》가 끝난 후의 잡지 인터뷰에서 자신의 작품 행보에 대해 나름의 비유를 들어 소신을 밝히기도 했다. 이동욱이라는 우물 안의 물은 한정되어 있다는 생각을 하고 있고, 이 캐릭터로 이만큼 파서 쓰면 다른 캐릭터로 다시 채우길 반복하기 때문에 같은 캐릭터를 연속적으로 맡는 걸 무척 싫어한다는 게 그의 설명.