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1999年，因为在河南艺术职业学院期间成绩不错，直接被保送进了中央戏剧学院。大二时，父母所在的煤矿倒闭，五千多人集体下岗，生活断了来源。为了缴纳学费，李光洁努力学习争取拿到奖学金，每次开学，李光洁都先把三分之二的钱换成饭票，避免自己乱花钱。
2001年，主演由张黎执导的近代剧《走向共和》，在剧中饰演清朝第11代皇帝爱新觉罗·载湉，这也是他的首部影视作品。2002年，他还出演了都市爱情剧《各就各位》。
2003年，与焦晃、左小青合作出演古装剧《乾隆王朝》播出；同年，与邢佳栋合作出演的爱情剧《都市第五季》播出；此外，他还与王学圻、刘蓓等人合作主演了战争情感剧《军人机密》，在剧中饰演性格内向又非常倔强的张根生（贺仪生）。
2004年，与段奕宏、汤唯等人合作主演现代剧《红旗渠的儿女们》，在剧中饰演宁霄雅的同学肖风；同年，主演陈家林执导的古装剧《大清风云》，剧中饰演性格张扬、任性冲动、跋扈的豫亲王多铎，这也是他首次出演反派人物；10月15日，李光洁与归亚蕾、朱旭、斯琴高娃合作出演的抗争剧《沧海百年》播出；12月，与段奕宏合作主演的剧情剧《记忆的证明》播出，他在剧中饰演劳工夏明远。
2005年，主演的历史悬疑谍战剧《密令1949》开播，李光洁在剧中饰演机警、成熟的公安战士焦志新。
2006年，在爱情战争剧《特殊使命》中饰演地下工作者巩向光和巩渭平；同年，与张铁林合作主演古装传奇剧《北魏冯太后》，他在剧中饰演北魏文成帝拓跋浚。
2007年，主演的古装剧《越王勾践》播出，在剧中饰演敢于和勾践据理力争、也敢于挑战勾践的臣子范蠡；随后，在都市悬疑剧《柳叶刀》中饰外科大夫李肖一；此外，他还主演了顾长卫执导的剧情片《立春》，在片中饰演没有实现画家梦想，却因思想转变迫切地加入到下海队伍的黄四宝。
2008年，主演抗战剧《杀虎口》，在剧中饰演拥有浪漫主义情怀的革命战士白朗；6月15日，主演抗日战争题材影片《盘尼西林·1944》在上海首映，李光洁在片中饰演地下游击队员慕容轩；9月24日，与刘烨合作出演现代剧《我们生活的年代》，在剧中饰演衣食无忧、性格乐观而开朗、重情重义的富少赵家乐。
2009年，出演的神话剧《宝莲灯前传》在央视八套的首播；同年，与舒畅联袂主演商战剧《无量天》，在剧中饰演看花坪山中的孤儿，后被陆秀萍收养后成为陆遥的弟弟郭乘风；9月4日，在谍战剧《谍影重重之上海》中饰演中共上海情报局人员向亦鹏；9月17日，与万茜、姚安濂联袂主演的抗日谍战片《浴血记者》播出，在剧中饰演热衷于报道真相，挖掘内幕，化笔为枪的上海有名娱乐记者冷言；10月30日，与郝蕾、高云翔合作主演的都市情感剧《当爱已成往事》播出，在剧中饰演亦正亦邪的卫国。
2010年，主演的都市情感剧《寻人启事》在沈阳电视台影视频道播出，他在剧中饰演外表强悍，却内心敏感，特别重感情的草根青年高原；7月22日，与王珞丹合作主演励志剧《杜拉拉升职记》播出，他在剧中饰演DB大客户部销售总监王伟；12月20日，与秦丽合作主演的年代情感剧《黄河古镇》播出，在剧中饰演孟岸的父亲孟祥河；同月27日，出演的年代情感剧《老马家的幸福往事》播出。
2011年，主演的空军题材电影《歼十出击》在中国内地上映，他在剧中饰演对事业认真，对部下关心的飞行师副师长印双虎；同年，与佟丽娅联袂主演都市情感剧《我的经济适用男》，李光洁在剧中饰演对爱执着的IT男陈启中；此外，他还参演了抗战剧《光荣使命》；同年，与谢霆锋合作出演青春励志剧《下一个奇迹》；11月20日，执导首部微电影《幸福速递》，并获年度“触电”竞赛单元最佳剧情短片奖以及在首届玛克思未来影像季中获得“最佳微电影”，“最佳导演”提名。
2012年，与郑秀文、古天乐合作出演文艺爱情片《高海拔之恋2》；3月12日，与王珞丹主演的爱情剧《山楂树之恋》在江苏卫视播出，李光洁凭借在剧中饰演的军区司令员儿子“老三”获得第二届乐视影视盛典上获“电视剧飞跃进步演员”奖；同年，客串都市情感剧《北京青年》，饰演丁香念念不忘的前男友沈昌。
2013年，李光洁与陈思成合作出演抗战剧《战神》；同年，参加网剧《美人季》，随后，执导微电影《伴你高飞》；4月18日，出演的警匪电影《毒战》上映，他在影片中饰演广东缉毒警陈志雄。
2014年，与张歆艺联手演绎根据网络小说《第三种爱情》改编的都市纯爱电视剧《绝爱》播出，在剧中饰演外表俊美、个性孤傲冷漠，内心脆弱，浑身散发着迷人气质的痴情总裁林启正；同年，主演中国版话剧《罗密欧与朱丽叶》；8月，主演都市情感剧《酷爸俏妈》，在剧中饰演事业有成的装饰装潢公司老板孙大雷；同年11月，与张檬、倪大红等人合作主演都市情感剧《百炼成爹》；此外，他还参演了陆川执导的灾难探险片《九层妖塔》，在片中饰演794局长陈九阳；12月6日，12月6日，出演的当代都市剧《团圆饭》播出，他在剧中饰演废柴大哥宋一达。
2015年，与殷桃、吴秀波合作主演的民国剧《大道通天》播出，在剧中饰演忠义商人吴皖忠；5月，客串搜狐网络剧《屌丝男士4》；同年8月，与朱丹、谢园合作主演情感剧《八九不离十》，在剧中饰演爱吹牛、好面子，在船厂工作的李善军；11月，与张睿、倪大红等人合作主演红色剿匪剧《林海雪原》，在剧中饰演有着“特级侦查英雄”称号，硬朗果敢，心思缜密的传奇英雄杨子荣。
2016年，搭档陈伟霆、胡军参演魔幻电影《战神纪》饰演勇猛果敢的草原王“札木合”；8月11日，主演的警匪动作片《使徒行者》正式上映，在片中饰演狠毒的神秘人董先生；同年，参加北京卫视明星真人秀《跨界歌王》的比赛，并获得最具突破奖；此外，出演奇幻喜剧爱情片《二代妖精之今生有幸》，在片中饰演妖界重要人物云中鹤；同年，担任野生救援组织保护鲨鱼公益形象大使，在墨西哥海底拍摄公益广告《鲨鱼来了.饭局篇》；此外，参演的悬疑电影《抓猴》上映。
2017年，出演的武侠电影《刀背藏身》上映。
2018年，与陈数、雷佳音等人合作主演的谍战悬疑剧《和平饭店》在浙江卫视首播，在剧中饰演破案无数，手腕强硬，性情难测，亦正亦邪的铁血警长窦仕骁；3月12日，主演的都市剧《梦想合伙人》播出，在剧中饰演魏文彬、贾磊的合伙人关晓春。
2019年，获得中国文娱金数据发布盛典年度优秀专业口碑演员奖；2月4日，在中央广播电视总台春节联欢晚会上与刘劲、刘佩琦朗诵《可爱的中国》；2月5日，主演的科幻片《流浪地球》在中国内地上映，在片中地球联合政府的军人王磊，该影片上映5天，累计实现票房收入15.92亿元；4月30日，主演的剧情电影《雪暴》上映，李光洁在片中饰演森林警察韩晓松；7月16日，与刘昊然、宋祖儿等合作主演的古代传奇剧《九州缥缈录》播出，在剧中饰演东陆一代名将息衍；9月9日，与费启鸣、孙千合作主演的青春校园情感剧《我在未来等你》播出，在剧中饰演对人生不满的大学老师郝回归；9月23日，主演的年代剧《激情的岁月》在中央电视台综合频道首播，他在剧中饰演科研工作者王怀民。
2020年，参加2020央视国庆晚会《“中国梦·祖国颂”——2020国庆特别节目》，与王鸥、蒋欣、郭晓东合唱歌曲《风雨无阻向前进》。10月31日，李光洁在央视音乐节目《TOP荣耀时刻》中演唱歌曲《漂洋过海来看你》；11月17日，主演的时代报告剧《石头开花》播出，在剧中饰演了梁启。
大江大河22020饰演路小第导演李雪、黄伟主演王凯、杨烁
起跑线2020饰演奚彬导演陈昆晖主演刘涛
石头开花2020-11-17饰演梁启导演徐宗政主演郑云龙
激情的岁月2019-09-23饰演王怀民导演白涛、黄楠主演高露、李健、徐晓璐
我在未来等你2019-09-09饰演郝回归导演薛凌、张超理主演费启鸣、孙千、辛云来
遇见幸福2019-08-27饰演司问渠导演梦继主演蒋欣
九州缥缈录2019-07-16饰演息衍导演张晓波主演刘昊然、宋祖儿、王鸥
悍城2018-10-18饰演珞珈
如懿传2018-08-20饰演玉氏王爷导演汪俊主演周迅、霍建华、童瑶、辛芷蕾
梦想合伙人2018-03-12饰演关晓春导演蒋家骏
和平饭店2018-01-25饰演窦仕骁导演李骏、白涛主演陈数、雷佳音
老男孩2018饰演小岳导演刘俊杰主演刘烨、林依晨、雷佳音
林海雪原2017饰演杨子荣/胡彪导演金姝慧主演张睿、刘婧、倪大红
八九不离十2016-03-26饰演李善军导演刘二威主演朱丹
屌丝男士42015-05-20饰演客串导演大鹏主演大鹏、柳岩
酷爸俏妈2015-04-13饰演孙大雷导演丁黑主演佟丽娅、朱锐、赵子琪
幸福起航2015饰演钱途导演刘国权主演张檬、杨立新
老婆大人是80后2015饰演方晓宇导演刘进主演李小冉、杜淳、张嘉译
绝爱2014-06-26饰演林启正导演俞钟主演张歆艺
战神2013饰演张道平导演陈浩威、国建勇主演陈思成、杜淳、严宽
美人季2013饰演客串导演戴睿主演袁文康
北京青年2012饰演沈昌导演赵宝刚主演张俪、李晨、杜淳
山楂树之恋2012饰演孙建新导演李路主演王珞丹
团圆饭2012饰演宋一达导演徐纪周主演马苏、李健
找北2012饰演关晓春导演蒋家骏主演高露、刘天佐、袁文康
我的经济适用男2011饰演陈启中导演蒋家骏主演佟丽娅、杜淳、高露
下一个奇迹2011饰演潘副总导演梁修身、梦继主演谢霆锋、张卫健、韩雨芹
大道通天2011饰演吴皖忠导演吴皖忠主演殷桃、吴秀波
光荣使命2011饰演肖天宇导演陈浩威主演王挺
黄河古镇2010饰演孟祥河导演李伟主演温兆伦、傅晶、吴冕
老马家的幸福往事2010饰演刘坤导演杨文军主演六月
杜拉拉升职记2009饰演王伟导演陈铭章主演王珞丹、叶童、李彩桦
无量天2009饰演郭乘风导演余明生主演刘冠翔、鲍国安、舒畅
当爱已成往事2008饰演卫国导演梦继主演高云翔、郝蕾、谭涛
浴血记者2008饰演冷言导演杨文军主演万茜、姚安濂
杀虎口2008饰演白朗导演徐纪周主演郭凯敏、陶泽如、张磊、陶蓉、唐于鸿
寻人启事2008饰演高原、朗涛导演范秀明主演贾青
谍影重重之上海2008饰演向亦鹏导演黄文利主演秦海璐、廖凡
宝莲灯前传2007饰演杨天佑导演余明生主演刘涛、焦恩俊、周扬、刘晓庆
我们生活的年代2007饰演赵家乐导演张建栋主演刘烨、沙溢、赵子琪、李倩
雪暴2019-04-30饰演韩晓松导演崔斯韦主演张震
流浪地球2019-02-05饰演王磊导演郭帆主演吴京
战神纪2018-04-28饰演札木合导演哈斯朝鲁主演陈伟霆、林允、胡军
二代妖精之今生有幸2017-12-29饰演云中鹤导演肖洋主演冯绍峰、刘亦菲、郭京飞
使徒行者2016-08-11饰演董先生导演文伟鸿主演张家辉、古天乐、吴镇宇、佘诗曼
九层妖塔2015-10-01饰演韩九阳导演陆川主演赵又廷、姚晨
毒战2013饰演陈志雄导演杜琪峰
车手2012饰演谭一导演郑宝瑞
高海拔之恋Ⅱ2012饰演小田导演杜琪峰
抓猴2011导演徐克
歼十出击2011饰演印双虎导演宁海强
爱情36计2010饰演医生导演吴兵
盘尼西林·19442008-06-15饰演慕容轩导演孔刚
立春2007饰演黄四宝导演顾长卫主演蒋雯丽
2007年12月28日李光洁参加在北京举行的由中国青少年发展基金会主办的第二届“百年爱心圣诞慈善晚会”，作为为希望工程助学教育筹款的慈善活动，晚会拍卖及募捐的善款都将用于在京的贫困农民工子弟的免费教育。
2018年4月22日，李光洁与西尔维亚·厄尔博士（Dr.SylviaEarle）、摄影师大卫·杜比勒（DavidDoubilet）以及壮美极境联合发起“壮美极境——海洋公益影像巡展”。
2020年2月，演唱文艺界抗击疫情主题MV《坚信爱会赢》；同年，担任腾讯视频抗疫特别制作版读信节目《见字如面·特别制作》的读信嘉宾。
李光洁是一个勤奋的演员，靠努力勤奋在业内受认可（袁飞宇评），在电影方面发展比较缺少的他给人的印象就是电视剧演员（搜狐娱乐）。
因为外在形象硬朗中带着忧郁，有着很强的可塑性（新浪评），也可称之为“零人设演员”，从《山楂树之恋》里专情又完美主义的老三、《走向共和》里受控于慈禧却拒和主战的光绪帝，到《林海雪原》的杨子荣，这些角色身上观众找不到任何的定式，没有所谓的人设在李光洁身上，只有李光洁对角色的努力和喜爱。生活中的李光洁是个享慢主义者，潜水、摄影，这些与时间不慌不忙交好的个人爱好是他更好的感受表演、成就角色的原动力。（新浪、网易评）
