2000年11月，在黄克敏执导的围绕爱情、亲情及部落仇杀的作品《情定北非》中饰武术教授过海；随后，与王学兵、陈好合作，共同主演了刘书宁执导的公安题材作品《欲望阻击》，饰陈栓。

2003年，主演了国内第一部现代浪漫功夫剧《我的功夫女友》，扮演了一个极具搞笑色彩的人物张乐星。

2005年8月，搭档邓超、释小龙，主演胡明凯执导的搞笑、推理、悬疑、惊悚的风格的古装作品《少年包青天3》，诠释了大宋才学第一的公孙策。

2007年8月，拍摄关于文凭与职场、爱情与物质的青春励志电影《替补职员》，塑造了总在求职路上遭遇不幸的亓国良 ；10月，在中国首部盗墓题材电视剧《国家宝藏之觐天宝匣》中扮演科研学者高阳。

2009年5月，主演了周伟执导的主旋律题材电影《疯狂的玫瑰》，扮演了与警方百般周旋的犯罪分子赵平安；10月，与商蓉共同主演了武侠探案推理电视连续剧《女神捕》，赵阳出演了一位风流倜傥的公子哥；11月，与张恒、王挺、李解共同主演了革命历史题材作品《兴国，兴国！》，塑造了从农到匪再到革命者的谢殿生一角。

2010年1月，出演了间谍、宝藏、动作、寻仇、悬疑等商业元素一体的《古今大战秦俑情》，赵阳在剧中饰演一位名为秦兆风的博物馆研究员；4月，拍摄了清华大学建校100周年的献礼剧《天行健》，赵阳塑造了建筑学家梁思成；5月，出演了革命历史题材谍战剧《极道英雄》，诠释了英俊富贵的军统特务兰飞。

2011年8月，与班嘉佳、杨梅共同主演了西藏历史题材长篇电视连续剧《西藏秘密》，在剧中饰演郭晓冬私生子。

2012年5月，在李木戈执导的都市情感喜剧《玫瑰炒肉丝》中诠释了老好人唐望洲；10月，搭档赵子琪、涂松岩主演都市情感电视剧《七年不痒》，赵阳在剧中饰演了一个出身贫寒、白手起家的创业男龙东强10月10日，应邀录制了在陕西卫视的《华夏夺宝》节目；随后，在周渝民、王学圻主演的战争题材作品《彼岸1945》中饰演一个在抗战中谋求暴利的生意人颜乐昌。

2013年3月，与姜冰洁合作主演了，周拓如执导的现实生活和文艺色彩的微电影《初见》，扮演了相亲不下百次的赵阳

2016年12月，参演由林柯执导，陈坤、万茜领衔主演的年代谍战剧《脱身》在剧中饰演一名中共地下党员苦木先生。

2017年3月，参演由东野圭吾同名小说改编的悬疑电影《嫌疑人X的献身》，在影片中饰演性格暴戾、潦倒邋遢的陈婧前夫傅坚。

2017年3月，领衔主演经典荒诞话剧《局外人》，赵阳饰演的主人公墨尔索经历了母亲的离世，而后在享受爱情的时候为了朋友杀人入狱，最终在一场荒唐的审判之后结束生命。

2017年1月，和李光洁、袁文康等共同主演刘殊巧执导的动作悬疑剧《悍城》 ，在剧中饰演人民警察霍思乐。

2018年2月，参演由侯鸿亮制片，孔笙、黄伟执导，袁克平编剧，王凯、杨烁、董子健主演的献礼改革开放40周年当代题材电视剧《大江大河》，在剧中饰演社会变革中颇具才艺气息、进取并且敢于争取的经典现实派人物虞山卿；同年12月，与吕聿来、刘畅、陈小纭、陈昊宇等人主演的悬疑科幻网络剧《失踪人口》开机。