2004年，参演公共安全题材剧《非常24小时》，在剧中饰演靓仔张帆，从而正式进入娱乐圈。2005年12月，与谢霆锋、范冰冰、蔡卓妍等人合作出演的神话爱情片《情癫大圣》上映，他在片中饰演反派角色狼王，这也是他出演的首部电影。同年，他还出演了清装宫廷剧《太祖秘史》，在剧中饰演青年时期的多尔衮。

2007年，出演悬疑片《父子神探》；同年，他还参演了情景剧《阳光的哥》。2008年7月，应昊茗与胡歌、林依晨等共同出演的古装武侠剧《射雕英雄传》播出，其在剧中饰演的是归云庄的少庄主陆冠英。2009年，出演刘国强执导的警匪剧《红警》；随后，出演惊悚片《花儿并蒂开》。2011年8月2日，出演的古装剧《水浒传》播出，他在剧中饰演地飞星项充；同年，他还在抗战传奇剧《借问英雄何处》中饰演了何家二少爷何必来 。

2012年，参演都市情感剧《非嫁不可》；11月27日，与黄秋生、任程伟共同出演的古装剧《楚汉争雄》播出，他在剧中饰演西楚大将领钟离昧 ；此外，他还出演了年代剧《万水千山风雨情》。2013年8月，与林峰、叶璇、陈怡蓉等人合作出演的古装言情剧《紫钗奇缘》播出，应昊茗在剧中饰演楚王李益；同年，他还参演了杨洋、张翰等主演的古装武侠剧《少年四大名捕》，在剧中饰演部落王子莫尔赤 。

2014年7月2日，与李易峰、杨幂、郑爽等人共同出演的古装仙侠剧《古剑奇谭》上星播出 ，应昊茗在剧中饰演因仇恨和欲望误入歧途的天墉城二师兄陵端 。2015年1月10日，应昊茗与林峰、张晓龙、张檬等人共同出演的古装武侠剧《陆小凤与花满楼》在深圳卫视播出，他在剧中饰演靖王之子天松；4月2日，与李沁、金世佳共同出演的古装喜剧《极品新娘》上星播出，应昊茗在剧中饰演沈家三少爷沈柏刚 ；4月30日，主演的惊悚爱情剧《古镜》播出，他在剧中饰演时尚杂志《T·one》的摄影师柯基 。

2016年3月10日，与张睿、张檬共同出演的都市爱情剧《爱的阶梯》播出，他在剧中饰演杨文鹏；4月20日，与林峰、迪丽热巴共同出演的古装传奇剧《六扇门》首播，应昊茗在剧中饰演梦想着做武状元的捕头言亦冬 ；7月4日，与陈伟霆、张艺兴、赵丽颖等人联袂出演的民国悬疑探险剧《老九门》首播，他在剧中饰演有些神神叨叨，却从不信鬼神，精通五行八卦，奇门之术的齐铁嘴 ，他凭借该剧获得第三届“文荣奖”未来之星奖 ；9月，主演的武侠片《大明锦衣卫》上映，在片中饰演身手敏捷、行动和判断力强的李毅 ；10月，获得中国国际青年电影展网络大电影最佳男演员奖 ；10月14日，其领衔主演的现代爱情片《爱神箭》上映，他在片中饰演爱神箭工作室的发起人林冬 。

2017年11月20日，其主演的都市情感偶像剧《特化师》在深圳卫视黄金档和爱奇艺开播，他在剧中饰演至美集团的总经理王霄 ；8月，应昊茗与邓伦、李一桐共同出演民国情感剧《海棠经雨胭脂透》，在剧中饰演朗家大少爷朗月明 ；12月5日，主演的古装武侠爱情片《大明锦衣卫2》上映，应昊茗在片中继续饰演李毅 。

2018年2月21日，出演的古装宫廷剧《独孤天下》播出，在剧中饰演北周武帝宇文邕 ；3月，参加春夏音乐时尚秀 ；4月，凭借电影《大明锦衣卫2》获得第八届北京国际电影节网影盛典最佳网络剧男配角奖和年度十佳网络电影男演员奖 。2019年10月4日，主演电视剧《似水流年情不易》开机 。

2020年1月25日，与王艺哲搭档主演的魔幻片《大天蓬》在爱奇艺上线，他在片中饰演天蓬 ；9月5日，其主演的网络电影《牧野诡事之寻龙》杀青，他在片中扮演摸金校尉后人小木匠胡不昧 ；10月18日，主演的励志创业剧《吉他兄弟》在中央电视台电视剧频道播出，他在剧中饰演方清明的弟弟方清华 。2021年4月18日，主演的献礼剧《绝密使命》在中央电视台央视频道播出 ；8月20日，与傅风男、王硕联袂主演电影《忠犬流浪记》全国上映，他在片中饰演消防战士杨奇 。