2003年，在校期间出演黄芳翎、王景春、佟悦主演的情景喜剧《都市男女》。
2006年，郭京飞在德国导演沃尔特·阿斯姆斯执导，萨缪尔·贝克特创作的话剧《终局》中饰演第一男主角哈姆；同年，凭借在话剧《牛虻》中饰演白衫长褂、须髯满面、沧桑历尽却优雅不减的亚瑟，获得了第10届佐临话剧艺术奖最佳新人。
2007年，开始和导演何念合作，出演了话剧《和空姐同居的日子》中的帅气白领陆飞、《武林外传》中玩世不恭的莫小宝、《鹿鼎记》风流却不下流的韦小宝。
2008年，参与鲍莉执导，付辛博、王柏伦主演的悬疑科幻搞笑电影《微客帝国》；同年，搭档夏雨、姚晨、钱芳主演IT商战悬疑《防火墙5788》饰演贝志诚。
2009年4月，凭借在话剧《罗密欧与祝英台》中饰演的三轮车夫罗锅，在连续两度获得提名之后终于获得第19届上海白玉兰戏剧表演艺术奖主角奖。
2010年，参与拍摄了姚晨、凌潇肃、钱芳主演的爱情喜剧《和空姐一起的日子》。
2011年，在滕华涛执导，文章、白百何主演的爱情喜剧电影《失恋33天》中饰演陆然。
2012年，与梅婷联合主演安兵基执导的恐怖电影《笔仙》；同年，与齐溪、孔维主演职场轻喜剧电影《小鱼吃大鱼》；同年，在都市情感剧《营盘镇警事》中饰演高宇成；同年，在徐峥、梅婷主演的情感喜剧《大男当婚》中饰演音乐制作人黄伟业；同年，与耿乐、宋佳主演都市励志剧《那样芬芳》，在剧中饰演热血叛逆，幽默又不失温情的浪子林越。
2013年，与张芷溪、陈赫主演都市婚姻剧《月供》饰三流作家周书明；同年，在袁咏仪、李倩主演的古装职场喜剧《龙门镖局》中饰演“商业奇才”陆三金；同年，出演陆毅、秦海璐主演的婚姻题材剧《假如生活欺骗了你》；同年，在夏雨、廖凡主演的都市励志剧《我们这拨人》中饰演与汤若一起创业建立网络公司的IT精英高博。
2014年，出演陈思成自导自演的爱情电影《北京爱情故事》；同年，与朱雨辰、齐溪主演中国首部约会宝典式轻喜剧《约会专家》；同年，联合甘露、李倩主演季播悬疑剧《暗黑者》，在剧中饰演中度分裂兼有内伤的犯罪学教授罗飞，并担任该剧的监制。
2015年3月，参加中央电视台原创中韩明星体验类真人秀节目《叮咯咙咚呛》；5月，与妻子鲍莉参加浙江卫视明星夫妻户外生存真人秀《出发吧爱情》；7月，赴韩录制韩国KBS 2TV的《中韩梦之队》
2016年，和迪丽热巴联袂主演爱情喜剧电影《21克拉》；同年，参演青春励志谍战剧《解密》，并主演原创都市轻喜剧《她很漂亮》；10月17日，参演的古装网络剧《欢喜密探》播出；10月，加盟古装权谋剧《琅琊榜之风起长林》；11月21日，参演的的悬疑网络剧《暗黑者3》开机。
2017年10月，主演的农村创业剧《青恋》在央一黄金档开播；12月22日，参演的犯罪电影《心理罪之城市之光》上映；12月29日，搭档冯绍峰、刘亦菲主演的奇幻喜剧电影《二代妖精之今生有幸》上映。
2018年，与杨幂领衔主演刘杰执导的失孤题材电影《宝贝儿》；同年，主演的都市情感剧《都挺好》开机，在剧中饰演苏家老二苏明成。
2019年10月24日，参加律政职场观察类真人秀《令人心动的offer》；12月20日，参加的星素实战经营类综艺 《我想开个店》在江苏卫视和优酷视频共同播出；同年，参演短片《2019最美表演》。
2020年4月6日，主演的都市题材网络剧《我是余欢水》在爱奇艺、腾讯视频、优酷视频同步播出；9月，加盟《乐队的夏天2》霹雳合作赛，担任超级大乐迷。11月6日，宣布为动画电影《疯狂原始人2》配音。11月7日，在《上新了·故宫》第三季第三期，郭京飞“神还原”《赤壁赋》的壮阔情境。
2021年1月12日，友情出演的电视剧《山海情》播出，在剧中饰演从福建来的援助干部陈金山；2月12日，参演的犯罪喜剧片《人潮汹涌》上映；3月7日，参加《极限挑战第七季》录制；9月，参加综艺节目《脱口秀大会第四季》；10月20日，主演的原创社会话题剧《灿烂！灿烂！》官宣，在剧中饰演郝楠；11月16日，与王珞丹主演的都市励志情感电视剧《两个人的世界》在东方卫视播出；11月20日，参加综艺节目《哈哈哈哈哈第二季》并成为常驻嘉宾；12月16日，与谭卓、颜丙燕、宁理领衔主演的当代都市谍战剧《对手》在央视八套播出；12月20日，主演的电视剧《灿烂！灿烂！》开机，饰演郝楠；参演电影《刺杀小说家》。
2022年3月27日，与贾乃亮、谭卓主演的都市情感剧《追爱家族》播出，在剧中饰演大学老师齐天佑；4月27日，特别出演的古装谍战剧《风起陇西》播出；5月3日，主演的经侦商战剧《杠杆》播出，在剧中饰演金融“天才”胥枫。
