2008年，以《KTF Show－二十岁篇》广告出道   ，并靠该广告获得2008 Mnet 20's Choice颁奖礼CF新星奖   和2009年亚洲模特颁奖典礼CF模特奖；同年，出演MBC日日剧《他来了》   。

2009年，拍摄MBC日日剧《穿透屋顶的High Kick》   后开始为人熟悉。

2010年，固定出演了SBS周日综艺《Running Man》；年末，获得SBS演艺大赏New Star赏；同年，出演MBC电视剧《同伊》中的英达一角   。

2010年，主演李俊益导演的《平壤城》   、《我妻子的一切》、《完美广播》   、《我的小英雄》   等电影作品；凭借《我妻子的一切》获得第33届青龙电影节的最佳新人男演员提名   ；《完美广播》中的演出获得第48届百想艺术大赏新人男演员提名   。

2011年，出演《城市猎人》   中高奇俊一角；同年，出演了电视剧《小伙子的蔬菜店》中南友锋一角   。

2012年，出演了KBS电视剧《善良的男人》，饰演朴载吉   ；同年，为动画电影《海洋警察Marco》主角Marco配音   。

2013年，为3D动画电影《与恐龙同行3D》主角Patchi配音   ；同年，出演MBC电视剧《火之女神井儿》，饰演临海君   。

2014年，出演SBS水木剧《没关系，是爱情啊》   ，饰演朴秀光   。

2014年，出演电影《好朋友们2014》   中民秀一角；出演电影《德水里五兄弟》   中警察一角。

2014年8月，凭借电视剧《没关系，是爱情啊》中妥瑞症患者的演技入围2014年韩国电视节男子优秀赏   ；10月1日，在2014年韩国电视节颁奖典礼中荣获男子优秀赏   ；10月21日，成为2014年韩国-印尼电影节的宣传大使   ；11月15日，在2014大田电视剧节获得男子人气赏   ；11月，确定作为主演出演电影《陡然变异》   ；12月30日，获得SBS演艺大赏娱乐部门优秀赏   ，12月31日，获得SBS演技大赏迷你剧部门特别演技赏。

2015年1月，成为雀巢糖果港澳台地区的代言人，也是雀巢首位外国代言人   ；4月7日，确定出演中国明星假想恋爱真人秀《如果爱》   ；7月16日，被委任为“2015韩国品牌和韩流商品博览会”（KBEE）宣传大使   ；10月22日，主演的电影《突然变异》上映   ；同年，出演SBS电视台单幕剧《PUCK》，饰演完全没有人情味的高利贷业主赵俊万   。

2016年1月7日，荣获“2015微博之夜”亚洲人气艺人奖   ；同年，客串电视剧《太阳的后裔》   ；2月25日，确定客串电视剧《花郎：The Beginning》   ；4月初，拍摄韩国KBS电视台电视剧《心里的声音》   ；同年，客串TVn十周年特别企划电视剧《My Dear Friends》   饰演小儿子民浩；11月4日，主演tvN喜剧《明星伙伴》（又名《Entourage》）饰演过气演员车俊 ；12月9日，《心里的声音》首播。

2017年，与郑有美、裴晟祐共演展现派出所警察生活的剧集《Live》   ；9月12日，与成东日，权相宇出演电影《侦探2》   ；12月30日，获得SBS演艺大赏best couple 赏   。

2018年6月，参与录制综艺节目《犯人就是你》   ；同年，与权相佑、成东日参与拍摄电影《侦探2》   ；8月，出演电影《我的特级兄弟》   ；12月12日，凭借电影《侦探 Returns》获得2018韩国最佳明星奖的最佳人气奖   ；12月28日，获得SBS演艺大赏最佳人气赏   。

2019年9月，主演电影《老千：独眼杰克》，该片夺得了韩国电影预售榜冠军   ；11月21日，出席第40届青龙电影节，并获得人气明星赏   。

2020年2月15日下午，李光洙与一辆违章车辆发生碰撞，“李光洙被诊断为右脚踝骨折，住院接受治疗，18日下午进行手术。”李光洙因手术暂停《Running Man》拍摄，回归时间视伤势情况而定。

2020年6月5日，出席韩国第56届百想艺术大赏，凭借电影《我的特级兄弟》获得电影部门最佳男配角赏   。