2007年，与王太利组成“筷子兄弟”。同年二人主演的电影《男艺伎回忆录》获首届播客大赛特等奖。2010年，自编自导自演的电影《老男孩》上映，影片被评价为一代人青春的祭奠场，筷子兄弟成为“怀旧、青春、梦想”的代言人，肖央也正式踏入影视圈。2011年，导演并参与主演短片《父亲》，同名主题曲《父亲》上线，也获得大众好评。2014年，自编自导自演影片《老男孩猛龙过江》上映，凭此获第11届电影频道传媒大奖最佳新人导演奖。其影片宣传曲《小苹果》迅速走红，并登上2015年央视春晚的舞台。2015年到2021年，先后参演《唐人街探案》系列三部电影，且影片取得优异票房成绩。2019年，主演电影《误杀》上映，凭在影片中表演，获第33届中国电影金鸡奖、第35届大众电影百花奖最佳男主角的提名。随后，在主演电影《我的姐姐》中，凭舅舅一角获第34届中国电影金鸡奖最佳男配角提名。2022年 ，主演电影《误杀2》上映；12月，主演悬疑剧《谁是凶手》播出。2024年，参演的电影《解密》上映；9月，主演的电影《志愿军：存亡之战》上映；12月，主演的电影《误杀3》上映。2025年，获第十七届时光大赏年度十大惊喜突破奖；1月，参加《腾讯视频星光大赏》，并获年度匠心电影演员；4月，领衔主演的电影《阳光照耀青春里》上映；6月，参演的电影《人生会议》上映；9月，参演的电影《志愿军：浴血和平》上映。