2004年，雷佳音參演了鐘麗緹、梁冠華、杜淳主演的古裝輕喜劇《江湖俏佳人》，在劇中飾演王爺的跟班元兵，這是他的首部電視劇作品，從而正式進入演藝圈。2006年，他以第一名的成績考進上海話劇中心；同年，出演話劇《紅星照耀中國》，在劇中飾演美國記者埃德加·斯諾。
2007年，出演陶慧敏、李鐘原主演的家庭倫理劇《迷路》，在劇中飾演李惠珠的弟弟李浩林，與申愛飾演一對姐弟；同年，與郭京飛搭檔主演話劇《武林外傳》，在劇中飾演莫小寶的二叔莫守信。2008年，與馬躍合作主演當代檢察反腐劇《抗訴》，在劇中飾演偵察員凡一夫。
2009年4月3日，與王學兵、孫海英共同出演的劇情電影《高考1977》上映，在片中飾演心地善良的陳三，這是他的首部電影作品；隨后，出演凌瀟肅、姚晨領銜主演的愛情喜劇《和空姐一起的日子》，在劇中飾演因失業而去販賣盜版光碟的肖俊；同年，參演王珞丹、李光潔、李彩樺主演的職場勵志喜劇《杜拉拉升職記》，在劇中飾演DB公司的銷售總監約翰常；此外，他還與姚晨合作出演了話劇《杜拉拉升職記》。
2010年，參演何念執導的話劇《21克拉》；隨后，出演林志穎、趙靚、郭品超主演的都市情感劇《單身公主相親記》，在劇中飾演英俊瀟灑、風流倜儻的酒吧老板常盛；同年，出演根據美國電影《12怒漢》改編的話劇《12個人》 。
2011年2月21日，其出演的家庭倫理劇《回家的誘惑》首播，在劇中飾演女主角林品如的哥哥林奕德，與秋瓷炫飾演一對兄妹；3月3日，由張嘉譯、羅海瓊主演的諜戰劇《借槍》播出，雷佳音在劇中飾演男主角熊闊海的弟弟熊羅成，與張嘉譯飾演一對兄弟 ；3月14日，獲得第15屆佐臨話劇藝術獎最具潛質新人獎；同年，與王志飛、馮恩鶴、姚笛合作主演抗戰劇《攻心》，在劇中飾演快意恩仇、雷厲風行的草莽英雄林樹成 ；12月23日，其主演的年代傳奇劇《傳奇之王》首播。
2012年4月23日，其主演的動作喜劇電影《黃金大劫案》上映，在片中飾演亦文亦武、又壞又可愛的男主角小東北，這是他首次在影視作品中擔綱男主角，該片最終以1.54億元人民幣的票房成績收官，而他也因此獲得第11屆中國長春電影節最佳男主角獎、第7屆華語青年影像論壇最佳新銳男演員獎、第14屆中國電影表演藝術學會金鳳凰獎新人獎等多個獎項；8月1日，其主演的家庭喜劇《丈母娘來了》上星播出，在劇中擔綱男主角，飾演有志氣、愛貧嘴的汽車公司職員劉波；10月9日，獲得第3屆樂視影視盛典年度最佳新人獎；同年，與張萌、牛莉、張鐸合作主演家庭輕喜劇《寶貝》，在劇中飾演雅痞輕熟男陳建亞。
2013年1月8日，獲得搜狐時尚權力榜年度時尚新銳明星獎；5月28日，與佟麗婭搭檔主演的都市情感劇《斷奶》首播，在劇中飾演品學兼優、不諳家務的男主角李俊鵬；7月30日，其參演的古裝喜劇《龍門鏢局》播出，在劇中飾演上龍門鏢局替年掌柜討債的鞏祥照；同年，與張默領銜主演根據竇應泰長篇小說《手相》改編的年代傳奇劇《翻手為云覆手雨》，在劇中擔綱男主角，飾演貪吃、叛逆、幽默的手診大師呂鶴年；
12月30日，獲得國劇盛典演技飛躍男演員獎。
2014年5月5日，其主演的抗戰劇《飛哥大英雄》上星播出，在劇中飾演出身武術世家、留學歸國的男主角梁飛；同年，與霍思燕搭檔主演都市情感劇《我的媳婦是女王》，在劇中飾演帥氣多金的男主角湯帥。2015年12月2日，與姚笛、范明、宋丹丹聯袂主演的都市情感劇《愛情碟中諜》首播，在劇中飾演身為二手車銷售員的男主角車子俊。
2016年2月8日，他參與配音的動畫電影《年獸大作戰》上映，在片中為主人公年獸進行配音；3月14日，與袁姍姍搭檔主演的都市輕喜劇《我愛男保姆》上星播出，在劇中擔綱男主角，飾演十項全能的男保姆方原；6月3日，與夏梓桐搭檔主演的犯罪懸疑電影《記憶碎片》上映，在片中飾演身為律師的男主角大明；10月20日，其出演的革命劇《紅星照耀中國》播出；11月21日，與袁姍姍、張峻寧、張雯聯合主演的都市情感劇《戀愛真美》上星播出，在劇中飾演用情專一卻玩世不恭的男主角夏利賓；之后，與陳數領銜主演抗戰劇《和平飯店》，飾演有勇有謀的男主角王大頂。
2017年4月16日，與張嘉譯、何冰、秦海璐領銜主演的年代劇《白鹿原》首播，在劇中飾演鹿子霖的長子鹿兆鵬，與何冰飾演一對父子；7月4日，與靳東、馬伊琍、袁泉領銜主演的都市情感劇《我的前半生》播出，在劇中飾演職場精英陳俊生；7月19日，與張震、楊冪、張譯聯袂主演的古裝武俠電影《繡春刀Ⅱ：修羅戰場》首映，在片中飾演聰明圓滑、有情有義的錦衣衛裴綸，該片上映一周票房便突破了2億元人民幣，而他也因此入圍了第54屆臺灣電影金馬獎最佳男配角獎；隨后，主演奇幻喜劇電影《超時空同居》 ；11月24日，改編自金子同名小說的都市生活劇《我不是精英》首播，雷佳音在劇中飾演男主角米陽；12月3日，獲得騰訊視頻星光大賞年度口碑電視劇演員獎；12月17日，獲得“我是頭條·今日頭條年度盛典”年度飛躍演員獎。
2018年1月1日，獲得國劇盛典年度演技突破劇星獎；3月4日，與劉燁、林依晨、胡先煦領銜主演的都市情感劇《老男孩》播出，在劇中飾演樂觀幽默、單身多金、事業有成的老男孩史非；5月18日，與佟麗婭共同主演的愛情奇幻電影《超時空同居》在中國內地上映；11月，與楊冪、董子健、于和偉合作主演懸疑電影《刺殺小說家》。
2019年6月，主演的古裝懸疑劇《長安十二時辰》播出。9月21日，主演電影《古董局中局》。9月30日，參演的電影《我和我的祖國》上映，與宋佳、佟麗婭合作其中的單元《護航》。
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