于晓光2004年,与马苏、王阳、李诚洁合作主演现代功夫喜剧《我的功夫女友》,在剧中饰演蒲少杰的表弟杜润南,这是他的首部电视剧作品,从而正式进入演艺圈。
2006年,与毛舜筠、王骏毅领衔主演剧情电影《旗鱼》,在片中饰演游泳运动员高明;同年,为苏慧伦演唱的歌曲《找到幸福那年》作曲。
2007年,为张靓颖演唱的歌曲《我们说好的》作曲,并凭借该歌曲入围北京流行音乐典礼最佳作曲人奖。2008年,主演高战执导的商战悬疑剧《生死博弈》,在剧中饰演公安局重案队队长肖克;12月24日,其出演的军旅剧《我是太阳》播出。
于晓光2009年,与宋轶、韩中、王辉、魏大勋合作主演革命历史剧《毛岸英》,在剧中饰演毛泽东与杨开慧的长子毛岸英;随后,与斯琴高娃、宋春丽、徐秀林合作主演年代情感剧《娘》;同年,与江宏恩、江祖平、丁力祺联袂主演家庭伦理剧《又见阿郎》,在剧中饰演个性耿直的警察郑古意;此外,他还为黄小琥演唱的歌曲《伴》作曲。
2010年,与杜源、赵恒煊、郑晓宁联袂主演谍战剧《利剑无锋》,在剧中饰演头脑冷静、身手敏捷的沈昊;同年,与曹磊、杜雨露、金晶合作主演古装战争剧《鄂尔多斯风暴》,在剧中担纲男主角,饰演扎萨克旗苏王的亲生儿子塔拉。
2011年6月15日,其参演的革命历史电影《建党伟业》上映,在片中饰演中共领导人刘少奇;同年,与王媛可搭档主演警匪剧《鹰巢之预备警官》,在剧中饰演性格大大咧咧且身手不凡的男主角金锐;之后,与杨烁、章贺、吴岱凝合作主演抗战剧《一门三司令》,在剧中饰演机敏过人、精通战术和推理的男主角杨天鸿;此外,他还为李克勤演唱的歌曲《偶尔平凡》作曲。
2012年5月22日,获得MSN时尚夜颁奖盛典年度进取演员奖;同年,与秋瓷炫搭档主演都市爱情偶像剧《麻辣女友的幸福时光》,在剧中饰演帅气多金的男主角罗音;之后,与李芯逸、史可、何翯合作主演家庭情感剧《二叔》,在剧中饰演生性顽劣、爱闯祸、但却正直刚强的男主角尔志强。
2013年,与韩中、宋轶、郑天玮合作主演话剧《毛泽东和他的长子》,这是他第一次正式出演话剧;同年,在历史剧《历史转折中的邓小平》中饰演邓小平的次子邓质方。
于晓光2014年12月4日,其主演的都市情感剧《满仓进城》上星播出,在剧中担纲男主角,饰演从乡下进城的农村小伙子满仓,该剧播出第三天便以CSM50+1.188的收视率,成为全国同时段收视冠军;在纪念抗日战争胜利70周年央视大戏《南侨机工英雄传》中,饰演方天海。
2015年2月,参加山东卫视春节联欢晚会,并演唱了歌曲《常回家看看》 ;同年,与刘晓洁、谢孟伟合作主演抗战剧《终极使命》,在剧中担纲男主角,饰演生性坚韧沉稳且智勇双全的国民党训练营教官、抗日杀奸联盟负责人高寒 ;之后,主演励志情感剧《梦想越走越近》,在剧中饰演性格直率、有正义感、又受过良好教育的农村青年赵家平 ;此外,他还与张嘉倪、刘惠、苑子艺领衔主演了年代传奇剧《百战天狼》,在剧中饰演绰号“天狼”的男主角马盖天 。
2016年,与郭富城、赵丽颖、张翰合作,出演电影《新永不消逝的电波》,饰演大猫。在电视剧《咱家》中饰演男主角“小哥”郭虎,并唱作主题曲《两个字》。与斯琴高娃、冯雷合作,主演年代剧《英雄烈》。春节期间,加盟山东卫视大型户外真人秀《家游好儿女》,担任明星嘉宾,与父亲远赴欧洲多国共同生活 。
2017年1月14日,凭借电视剧《二叔》入围中国电视剧导演年度榜样最佳男主角奖;3月4日,与吴越搭档主演的都市情感剧《咱家》上星播出,在剧中饰演与兰馨相恋的男主角郭虎 ;3月10日,推出个人原创单曲《两个字》 ;同年,与王力可、张汇仓、郭常辉领衔主演励志情感剧《索玛花开》,在剧中饰演彝族小伙马海木呷 ;7月,与妻子秋瓷炫一同参加SBS综艺节目《同床异梦2-你是我的命运》的录制 ;9月,签约韩国BH娱乐公司,并正式在韩国展开演艺于晓光活动 ;11月,获选韩国年度13个娱乐圈热门人物之一,他也是榜单中唯一的中国人 。11月3日,其参演的《密战》在中国内地上映。12月30日,于晓光与妻子秋瓷炫获得了韩国SBS演艺大赏人气明星奖 。
2018年5月,参演的电视剧《想要停止的瞬间:About Time》开播。同年,参演的电视剧《我拿什么奉献给你》开播。8月8日,主演的时代情怀大剧《新一年又一年》正式开机。