2004年，雷佳音参演了钟丽缇、梁冠华、杜淳主演的古装轻喜剧《江湖俏佳人》，在剧中饰演王爷的跟班元兵，这是他的首部电视剧作品，从而正式进入演艺圈。2006年，他以第一名的成绩考进上海话剧中心；同年，出演话剧《红星照耀中国》，在剧中饰演美国记者埃德加·斯诺。

2007年，出演陶慧敏、李钟原主演的家庭伦理剧《迷路》，在剧中饰演李惠珠的弟弟李浩林，与申爱饰演一对姐弟；同年，与郭京飞搭档主演话剧《武林外传》，在剧中饰演莫小宝的二叔莫守信。2008年，与马跃合作主演当代检察反腐剧《抗诉》，在剧中饰演侦察员凡一夫。

2009年4月3日，与王学兵、孙海英共同出演的剧情电影《高考1977》上映，在片中饰演心地善良的陈三，这是他的首部电影作品；随后，出演凌潇肃、姚晨领衔主演的爱情喜剧《和空姐一起的日子》，在剧中饰演因失业而去贩卖盗版光碟的肖俊；同年，参演王珞丹、李光洁、李彩桦主演的职场励志喜剧《杜拉拉升职记》，在剧中饰演DB公司的销售总监约翰常；此外，他还与姚晨合作出演了话剧《杜拉拉升职记》。

2010年，参演何念执导的话剧《21克拉》；随后，出演林志颖、赵靓、郭品超主演的都市情感剧《单身公主相亲记》，在剧中饰演英俊潇洒、风流倜傥的酒吧老板常盛；同年，出演根据美国电影《12怒汉》改编的话剧《12个人》 。

2011年2月21日，其出演的家庭伦理剧《回家的诱惑》首播，在剧中饰演女主角林品如的哥哥林奕德，与秋瓷炫饰演一对兄妹；3月3日，由张嘉译、罗海琼主演的谍战剧《借枪》播出，雷佳音在剧中饰演男主角熊阔海的弟弟熊罗成，与张嘉译饰演一对兄弟 ；3月14日，获得第15届佐临话剧艺术奖最具潜质新人奖；同年，与王志飞、冯恩鹤、姚笛合作主演抗战剧《攻心》，在剧中饰演快意恩仇、雷厉风行的草莽英雄林树成 ；12月23日，其主演的年代传奇剧《传奇之王》首播。

2012年4月23日，其主演的动作喜剧电影《黄金大劫案》上映，在片中饰演亦文亦武、又坏又可爱的男主角小东北，这是他首次在影视作品中担纲男主角，该片最终以1.54亿元人民币的票房成绩收官，而他也因此获得第11届中国长春电影节最佳男主角奖、第7届华语青年影像论坛最佳新锐男演员奖、第14届中国电影表演艺术学会金凤凰奖新人奖等多个奖项；8月1日，其主演的家庭喜剧《丈母娘来了》上星播出，在剧中担纲男主角，饰演有志气、爱贫嘴的汽车公司职员刘波；10月9日，获得第3届乐视影视盛典年度最佳新人奖；同年，与张萌、牛莉、张铎合作主演家庭轻喜剧《宝贝》，在剧中饰演雅痞轻熟男陈建亚。

2013年1月8日，获得搜狐时尚权力榜年度时尚新锐明星奖；5月28日，与佟丽娅搭档主演的都市情感剧《断奶》首播，在剧中饰演品学兼优、不谙家务的男主角李俊鹏；7月30日，其参演的古装喜剧《龙门镖局》播出，在剧中饰演上龙门镖局替年掌柜讨债的巩祥照；同年，与张默领衔主演根据窦应泰长篇小说《手相》改编的年代传奇剧《翻手为云覆手雨》，在剧中担纲男主角，饰演贪吃、叛逆、幽默的手诊大师吕鹤年；

12月30日，获得国剧盛典演技飞跃男演员奖。

2014年5月5日，其主演的抗战剧《飞哥大英雄》上星播出，在剧中饰演出身武术世家、留学归国的男主角梁飞；同年，与霍思燕搭档主演都市情感剧《我的媳妇是女王》，在剧中饰演帅气多金的男主角汤帅。2015年12月2日，与姚笛、范明、宋丹丹联袂主演的都市情感剧《爱情碟中谍》首播，在剧中饰演身为二手车销售员的男主角车子俊。

2016年2月8日，他参与配音的动画电影《年兽大作战》上映，在片中为主人公年兽进行配音；3月14日，与袁姗姗搭档主演的都市轻喜剧《我爱男保姆》上星播出，在剧中担纲男主角，饰演十项全能的男保姆方原；6月3日，与夏梓桐搭档主演的犯罪悬疑电影《记忆碎片》上映，在片中饰演身为律师的男主角大明；10月20日，其出演的革命剧《红星照耀中国》播出；11月21日，与袁姗姗、张峻宁、张雯联合主演的都市情感剧《恋爱真美》上星播出，在剧中饰演用情专一却玩世不恭的男主角夏利宾；之后，与陈数领衔主演抗战剧《和平饭店》，饰演有勇有谋的男主角王大顶。

2017年4月16日，与张嘉译、何冰、秦海璐领衔主演的年代剧《白鹿原》首播，在剧中饰演鹿子霖的长子鹿兆鹏，与何冰饰演一对父子；7月4日，与靳东、马伊琍、袁泉领衔主演的都市情感剧《我的前半生》播出，在剧中饰演职场精英陈俊生；7月19日，与张震、杨幂、张译联袂主演的古装武侠电影《绣春刀Ⅱ：修罗战场》首映，在片中饰演聪明圆滑、有情有义的锦衣卫裴纶，该片上映一周票房便突破了2亿元人民币，而他也因此入围了第54届台湾电影金马奖最佳男配角奖；随后，主演奇幻喜剧电影《超时空同居》 ；11月24日，改编自金子同名小说的都市生活剧《我不是精英》首播，雷佳音在剧中饰演男主角米阳；12月3日，获得腾讯视频星光大赏年度口碑电视剧演员奖；12月17日，获得“我是头条·今日头条年度盛典”年度飞跃演员奖。

2018年1月1日，获得国剧盛典年度演技突破剧星奖；3月4日，与刘烨、林依晨、胡先煦领衔主演的都市情感剧《老男孩》播出，在剧中饰演乐观幽默、单身多金、事业有成的老男孩史非；5月18日，与佟丽娅共同主演的爱情奇幻电影《超时空同居》在中国内地上映；11月，与杨幂、董子健、于和伟合作主演悬疑电影《刺杀小说家》。

2019年6月，主演的古装悬疑剧《长安十二时辰》播出。9月21日，主演电影《古董局中局》。9月30日，参演的电影《我和我的祖国》上映，与宋佳、佟丽娅合作其中的单元《护航》。