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2002年，出演青春剧《爱情白皮书》，这是他的首部电视剧作品。
2003年，与秋瓷炫共同主演浪漫爱情剧《恋香》，这是他首次担当男主角。
2004年，与胡歌、刘亦菲等人合作主演仙侠剧《仙剑奇侠传》。
2005年，与张韶涵合作主演偶像剧《海豚爱上猫》；同年，出演伦理剧《我只在乎你》。
2006年9月26日，与胡歌、何润东等人合作主演的古装剧《少年杨家将》播出；随后，与阮经天、刘荷娜合作主演剧情片《六号出口》。
2007年，为金马短片单元制作片头，完成了个人导演处女作。
2008年11月21日，与徐熙媛、张孝全合作主演的现代爱情片《爱的发声练习》上映；7月，出版了个人书籍《彭于晏·垦丁15x6》；12月11日，主演的爱情喜剧片《女人不坏》上映。
2009年8月28日，主演的励志电影《听说》上映，他在片中饰演阳光男孩黄天阔。
2010年，发行首张个人音乐EP《非爱不可》；同年，主演程孝泽执导的动作爱情片《近在咫尺的爱恋》。
2011年，与Angelababy首度合作，共同主演浪漫爱情电影《夏日乐悠悠》；11月20日，主演的励志热血电影《翻滚吧！阿信》上映。
2012年2月13日，与赵薇、舒淇等人合作主演爱情电影《LOVE》；11月8日，主演的动作电影《寒战》上映。
2013年4月，主演的爱情电影《分手合约》上映；随后，主演林超贤执导的动作电影《激战》上映。
2014年，主演动作片《黄飞鸿之英雄有梦》、爱情电影《匆匆那年》、古装剧《风中奇缘》。
2015年，主演由林超贤执导的青春热血动作片《破风》上映；8月12日，主演的动作片《危城》上映；11月6日，主演的都市爱情电影《剩者为王》上映；同年，与章子怡合作拍摄了爱情电影《奔爱》；随后，参演了由张艺谋执导的魔幻电影《长城》。
2016年2月，主演许鞍华执导的动作剧情片《明月几时有》；7月8日，主演的警匪片《寒战2》上映；9月30日，主演的动作警匪片《湄公河行动》上映。
2017年1月28日，主演的轻喜剧《乘风破浪》上映；7月13日，主演的古装神话动作片《悟空传》上映。
2018年7月13日，主演的动作喜剧电影《邪不压正》上映。8月30日，出演的剧情片《深夜食堂》上映。
2020年12月18日，主演的动作剧情电影《紧急救援》上映。
2021年6月18日，主演的犯罪剧情电影《热带往事》上映；10月22日，参演由许鞍华执导的电影《第一炉香》上映。
《基因决定我爱你》、《翻滚吧！阿信》、《激战》、《分手合约》、《黄飞鸿之英雄有梦》、《剩者为王》、《听说》、《匆匆那年》、《邪不压正》、《湄公河行动》、《第一炉香》等。
《爱情白皮书》、《风中奇缘》、《仙剑奇侠传》、《海豚爱上猫》、《少年杨家将》、《我在垦丁天气晴》、《牵牛的夏天》、《聊斋志异2》等。
专辑：《非爱不可2010》。
单曲：《我们不是说好了吗》、《GiveMeLove》等。
2010年，提名第2届澳门国际电影节最佳男主角奖-《近在咫尺》。
2015年，提名第7届澳门国际电影节最佳男主角奖-《破风》。
2017年，提名第9届澳门国际电影节最佳男主角奖-《悟空传》。
2018年，提名第10届澳门国际电影节最佳男主角奖-《邪不压正》。
2014年，提名第33届香港电影金像奖最佳男配角奖-《激战》。
2015年，提名第34届香港电影金像奖最佳男主角奖-《黄飞鸿之英雄有梦》。
2007年，提名第44届台湾电影金马奖最佳新人奖-《基因决定我爱你》。
2011年，提名第48届台湾电影金马奖最佳男主角奖-《翻滚吧！阿信》。
2013年，提名第50届台湾电影金马奖最佳男配角奖-《激战》。
2012年，提名第12届华语电影传媒大奖观众票选最受瞩目男演员奖-《翻滚吧！阿信》。
2013年，提名第13届华语电影传媒大奖观众票选最受瞩目表现奖-《寒战》。
2014年，提名第14届华语电影传媒大奖观众票选最受瞩目表现奖-《激战》。
2015年，提名第15届华语电影传媒大奖观众票选最受瞩目表现奖-《黄飞鸿之英雄有梦》。
2016年，提名第16届华语电影传媒大奖观众票选最受瞩目男演员奖-《破风》。
2006年，提名第41届台湾电视金钟奖戏剧节目最佳男配角奖-《我只在乎你》。
2008年，提名第43届台湾电视金钟奖戏剧节目最佳男主角奖-《在垦丁天气晴》。
2011年，提名第13届台北电影节最佳男主角奖-《翻滚吧！阿信》。
2017年，提名第24届北京大学生电影节最佳男演员奖-《湄公河行动》。
2017年，提名第12届华语青年影像论坛年度新锐男演员奖-《乘风破浪》。
2018年，提名第12届亚洲电影大奖最佳男配角奖-《明月几时有》。
2018年，获2018微博电影之夜最佳男演员。
彭于晏是一个阳光、帅气、真挚、很有幽默感的大男孩。（钮承泽评）
因为他很小就在加拿大念书，所以他没有大城市中长大的孩子身上那种过于自信，或者是过于自卑的状态，他是一个很纯朴的人。因为他阳光，人反应很快，所以会让人觉得他很好亲近。（梁家辉评）
彭于晏是一个非常出色的演员，他在电影《Love》中饰演的阿凯是一个很衰的男生，但是彭于晏的肢体动作都处理得都非常到位。（制片人王中磊评）