2003年，袁弘出演了个人首部电视剧《天下无双》，饰演少年康熙，从而踏入演艺圈；同年，在都市情感剧《蒲公英》中饰演才华出众的医生汪博深。

2004年，袁弘被黄磊钦点出演爱情剧《夜半歌声》中的肖鸥一角；同年，在古装神话剧《新聊斋志异》中“阿宝单元”饰演男主角孙子楚。2006年9月26日，袁弘与胡歌、何润东领衔主演的古装历史剧《少年杨家将》播出，并在剧中饰演辽国大将耶律斜。

2008年1月6日，袁弘主演的古装历史剧《上书房》播出，他在剧中饰演志诚待人、对感情执着的爱新觉罗·弘历；7月19日，袁弘与胡歌、林依晨合作主演的金庸武侠剧《射雕英雄传》播出，饰演杨康，并凭借该角色获得关注度；同年，袁弘在古装仙侠剧《仙剑奇侠传三》中客串出演了潇洒不羁的雷州公子云霆。

2010年5月10日，袁弘出演的古装喜剧《神医大道公》播出，在剧中饰演心地善良、侠肝义胆的四进；7月3日，古装历史剧《天地民心》播出，袁弘饰演祁隽藻；8月14日，其与张钧甯合作主演的古装传奇剧《天涯织女》播出，袁弘在剧中饰演武艺出众、熟读诗书的林慕飞；同年，袁弘与唐人电影合约期满，经双方商榷，并未续约。

2011年9月10日，袁弘与刘诗诗、吴奇隆合作主演的古装宫廷剧《步步惊心》播出，他在片中饰演多才痴情的十三阿哥胤祥，并因此剧获得了更高的关注度与人气。

2012年3月27日，袁弘与贾静雯、郑爽合作主演的古装宫廷剧《太平公主秘史》播出，饰演突厥亲王阿羯那思慕；同年，袁弘还客串出演了古装喜剧《龙门镖局》。

2013年5月26日，袁弘主演的历史传奇剧《巾帼大将军》播出，并在剧中饰演纯良温厚的书生赵宇；7月，主演喜剧片《杠上开花》；10月4日，青春偶像剧《真爱惹麻烦》播出，袁弘在剧中饰演穷小子王翔；10月29日，袁弘主演的个人首部电影作品《制服》上映，他在片中饰演热血男儿肖凯；同年，在古装侦探剧《少年神探狄仁杰》中特别出演唐高宗李治。

2015年2月22日，袁弘主演的都市爱情剧《转身说爱你》播出 ，他在剧中饰演外型俊俏、但固执叛逆的高富帅于楚浩；2月26日，袁弘主演的根据路遥同名小说改编的当代农村剧《平凡的世界》播出 ，他在剧中饰演淳朴农民子弟孙少平，并凭借该角色获得国剧盛典年度媒体特别推荐演员、第7届金牛奖最佳男配角；3月28日，都市爱情电视剧《天使的城》播出，袁弘在剧中饰演气场十足的高富帅麦克文；5月1日，其参与录制的湖南卫视国防教育节目《真正男子汉》开播；7月9日，袁弘与蒋欣、郑嘉颖合作主演的古装玄幻剧《华胥引之绝爱之城》播出，在剧中饰演陈国将军沈岸；11月28日，近代革命题材剧《秘密航线》。

2016年2月18日，袁弘主演的史诗历史剧《解忧公主》在央视八套首播，他在剧中饰演深情又隐忍的乌孙王储左大将翁归；3月11日，情感悬疑剧《穿越谜团》播出，袁弘在剧中饰演医院护工马东；同年，与张歆艺、郭京飞合作主演了都市轻喜剧《她很漂亮》；6月，搭档汪涵主持湖南卫视真人秀节目《我们来了》；7月21日，与林心如共同主演的古装历史剧《秀丽江山之长歌行》播出，袁弘在剧中饰演温文尔雅、骁勇善战的东汉开国皇帝刘秀；9月25日，主演的抗日剧《血染大青山》首播，剧中饰演军事教员刘啸然；11月7日，由刘江执导的都市情感剧《咱们相爱吧》播出，袁弘在剧中饰演个性张扬霸气的首席设计师时光。

2017年4月，袁弘凭借《秀丽江山之长歌行》、《咱们相爱吧》分别提名第22届华鼎奖中国古装题材电视剧、中国当代题材电视剧最佳男演员。

2018年4月1日，与陈思诚、佟丽娅联合主演的年代传奇剧《远大前程》首播，袁弘在剧中饰演身世凄惨的孤儿齐林；8月10日，在上映的喜剧电影《爱情公寓》中饰演吴邪一角；8月14日，领衔主演的古装权谋剧《天盛长歌》在湖南卫视金鹰独播剧场首播，剧中饰演外表温文尔雅的大越三皇子晋思羽。

2019年8月9日，在上映的电影《送我上青云》中特别出演刘光明一角。