2003年，接拍电视剧《小兵张嘎》，饰演主角嘎子（张嘎）而成名。
2006年，以全国生、旦、净、丑专业总排名第一的成绩考入中国戏曲学院。同年，出演电影《龙的使命》，饰演小龙。
2007年，在与叶青青、刘景毅联袂主演的电影《继母日记》中饰演韩子毅；同年还出演电影《铁警雄风》，《留下来陪你》。电视剧方面，出演成浩导演作品《纯真年代》。
2008年，与杨丽晓、徐松子、张志彤主演阎建钢指导电影《一声唿哨》，在影片中饰演千勇。
2009年年初，谢孟伟接拍了献礼片《铁人》，在这部根据王进喜的先进事迹改编的影片《铁人》中，谢孟伟扮演的是王进喜最小的徒弟“小豹子”孙明元。同年，出演军旅题材的电视剧《我的团长我的团》。
2010年，在电视剧《为了新中国，前进》中，扮演董存瑞的同乡兼战友郅振彪。同年，与王宝强联合出演电视剧《夺宝》，饰演神枪手。
谢孟伟帅气写真
2011年，加盟电影版《小小飞虎队》，大展搞笑天赋，为电影增加不少趣味。同年，还与朱时茂，钟梅，苏瑾主演电影《让我再抱抱你》，饰演孙强。
2012年，与吴奇隆、甘婷婷、王新等共同主演电视剧《向着炮火前进》，饰演爱恨分明、敢作敢为的桩子。
2013年，谢孟伟加盟由云南卫视主办的青春纪实节目《士兵突击》，圆了自己的军人梦。
2013年，谢孟伟与王挺、王珂、王新等共同主演电视剧《英雄联盟》，饰演明面上是商人，背后实为锄奸小分队队员的余文墨。
2014年，与吴奇隆、唐于鸿、王新合作，主演都市电视剧《向着幸福前进》，饰演李强。同年与谭凯、蒋欣、程煜合作主演电视连续剧《边城》，饰演梁文权的助理。
2015年，在高能喜剧《非常同伙》中挑战反派角色。谢孟伟主演的都市温情大戏《背着奶奶进城》于11月6日在山东卫视播出。
2017年，推出自导自演的动作电影《无主之城》。
2018年1月12日，推出单曲《哥不是娘炮》。
2019年11月1日，由新片场影业出品、韩国导演朴柱天执导，实力派青年演员李彦明、谢孟伟主演的电影《猎鹰突击》在银川正式开机。
2020年，谢孟伟线上助农，粉丝团爱心助农一抢而空。谢孟伟热衷公益为平利县小学做贡献，鼓励学生强健体魄 。动作网影《超神保镖》正式开机。谢孟伟入围第五届青葱计划30强打开个人电影事业新篇章。
2021年5月25日，出演的重大革命历史题材剧《光荣与梦想》在北京卫视、东方卫视及腾讯视频、爱奇艺、优酷同步播出；同年，参演黄建新、郑大圣执导的电影历史剧《1921》，在剧中饰演豹子；8月31日，主演军事动作枪战电影《漫画雄心》在腾讯视频播出，在片中饰演汪树；10月2日，出演的抗战电影《生死阻击》在爱奇艺上线。11月，参与由《反贪风暴》系列导演林德禄执导的缉毒题材动作大片《隐秘世界》正式杀青。
2022年，谢孟伟加盟的电影《硬汉狙击》开机。
