2015年10月，宋威龙成为欢娱影视旗下的签约艺人；12月，参加湖南卫视创意实境游戏秀节目《全员加速中》，因在第六期“触不到的恋人”中扮演彩虹谷王家少爷王晓而被观众所熟知，这也是其首次从模特跨界演员。
2016年1月，作为“天天小兄弟”成员之一加入湖南卫视脱口秀节目《天天向上》，在节目中初次亮相的宋威龙就展示了他的舞蹈处女作，获得颇高人气；3月21日，参演爱情电影《我爱喵星人》，在剧中饰演喵星人；随后，搭档陈都灵、佟大为主演电影《破梦游戏》，在片中饰演男主角南极；11月28日，与宋芸桦合作主演青春爱情电影《我的青春都是你》，在片中饰演品学兼优的校园风云人物方予可；12月30日，客串民国玄幻爱情网剧《半妖倾城Ⅱ》，在剧中继续饰演应龙一角。
2017年1月21日，根据自天衣有风的同名小说改编的古装剧《凤囚凰》开机拍摄，在剧中饰演神秘的白衣少年容止，这是他出演的第一部电视剧作品；2月14日，参演的奇幻爱情网剧《我与你的光年距离》首播，在剧中饰演性格冷漠的偶像歌手顾世一，该剧上映一个月播放量突破10亿；6月，主演改编自安妮宝贝首篇长篇小说的同名电视剧《彼岸花》，在剧中饰演桀骜不驯、霸道果敢的知名策展人林和平。
2018年6月，参加录制的综艺《高能少年团》第二季播出；7月，搭档宋茜、虞书欣主演都市情感剧《下一站是幸福》。2019年2月23日，参加的《快乐大本营》节目播出；9月，参演的青春成长治愈类电视剧《以家人之名》在厦门正式开机。
2020年1月26日，主演的电视剧《下一站是幸福》播出，在剧中饰演元宋；2月7日，参加录制的互动生活创意秀《嘿！你在干嘛呢？》在湖南卫视播出；7月23日，主演的古风励志校园剧《漂亮书生》在爱奇艺播出，其在剧中饰演风承骏。8月10日，主演的青春成长治愈剧《以家人之名》播出，在剧中饰演帅气能力又强的牙科医生凌霄。同年，与井柏然合作主演了悬疑探案网络剧《君子盟》（又名《张公案》），剧中饰演张屏。10月20日，获得第七届中国电视好演员奖网剧组男演员奖。
2021年3月14日，主演的电影《我爱喵星人》上映；6月22日，主演的青春校园电影《岁月忽已暮》在爱奇艺、腾讯视频双平台播出，在剧中饰演学霸江海；6月19日，参加综艺节目《完美的夏天第二季》；7月17日，作为常驻嘉宾参加的代际互动观察类游戏综艺《牛气满满的哥哥》播出；同年，主演科幻网剧《仿生人间》。
2022年，主演青春电影《念念相忘》。
