1996年，出演了首部電視劇《古城奇案》，在劇中飾演男二號，從而正式進入演藝圈。

1999年，出演了首部電影《蝴蝶的微笑》，在劇中飾演一名建築師。

2000年，出演了現代喜劇《鄉里鄉親住高樓》，在劇中飾演馬大文。

2002年，出演了高希希執導的電視劇《花非花》，在劇中飾演張輝；同年，出演了肖鋒執導的電影《情義兩重天》。

2003年，出演了孫周、孫淳、高惠彬、王衛國主演的都市情感劇《智慧風暴》。

2004年，與李智強、高明、廖京生合作主演講述法官陳麟基傳奇一生的電影《生死界限》，在劇中飾演男一號陳麟基。

2006年，出演了高希路執導的愛情電影《蜻蜓》，在劇中飾演男二號霍傑，與池雲飛有對手戲。

2007年，出演了改編自李碧華同名小說的電視劇《生死橋》，在劇中飾演一個一心想改良社會，性格激進，又缺乏冷靜頭腦的留洋歸來的新派青年路新生。

2008年，與高虎合作主演改編自慕容雪村網路小說《成都，今夜請將我遺忘》的電視劇《都是愛情惹的禍》，在劇中與高虎飾演生死與共的好兄弟。

2009年，與海清、黃海波合作主演都市情感劇《媳婦的美好時代》，在劇中飾演孝順兒子楊一凡；同年，出演了偶像勵志劇《杜拉拉昇職記》，在劇中飾演帥氣的HR李文華。

2011年，出席第20屆中國金雞百花電影節並擔任最佳導演獎頒獎嘉賓，為國際影展單元最佳導演頒獎；4月24日，李坤霖做客由春妮主持的BTV《你好先生》五一特別節目，與曹揚、肖劍、董路等5位男嘉賓共同PK爭奪“魅力先生”的封號，最終獲勝；11月15日，與陶澤如、閻青妤、周顯欣簽約北大星光。

2012年，出演了32集都市家庭輕喜劇《岳母的幸福生活》，在劇中飾演家境優渥的“鑽石男”梁普；同年，出演了以模特行業為背景的時尚行業劇《華麗一族》，在劇中飾演傳奇董事長李兆欽。

2013年4月23日，攜手周顯欣出席第三屆北京國際電影節閉幕式；同年，出演了反穿越懸疑偵探神劇《新神探聯盟》，在劇中飾演空降而來的市長常有亭。

2014年，出演都市輕喜劇《約會專家》飾演郝勇。

2015年，主演熱播當代輕喜劇《小米的愛情》飾演姜濤，深得行業內外高度稱讚。主演《霧中風景》獲北京微電影節最佳男主角。

2015年12月，憑藉電影《耳蝸》中細膩到位的表演入圍百合獎。

2015年12月18日，第15屆電影頻道電影“百合獎”中，李坤霖主演的電影《耳蝸》斬獲“百合獎最佳故事一等獎”，網友贊其“國民老公”。