2014年，佟夢實參加了云南衛視青少年海外生存紀實真人秀節目《起航吧，少年》全球海選，經過半個月的培訓，最終與徐浩、鄔帆帆、宋雅卓、尹淇、崔碩獲得登船錄制節目的資格。
2015年10月，作為旁聽生參加湖南衛視原創校園紀實真人秀節目《一年級·大學季》，并與佟大為、黃志忠、袁姍姍等合唱主題曲《新生》，從而正式進入演藝圈；同年，完成了個人首部電視劇作品，參演李易峰、趙麗穎、楊紫、成毅主演的古裝仙俠劇《青云志》，在劇中飾演耿直憨厚的俠客石頭；12月31日，與邵明明以互動嘉賓的身份參加湖南衛視跨年晚會。
2016年1月1日，以“天天小兄弟”成員身份，參加湖南衛視娛樂脫口秀節目《天天向上》；隨后，與袁姍姍、邵明明、趙順然等參加金鷹卡通衛視險闖關節目《瘋狂的麥咭第三季》 ；同年，與宋蕓樺、官鴻、劉倩妤聯袂主演根據隨侯珠同名小說改編的青春奇幻網絡劇《別那么驕傲》，在劇中擔綱男主角，飾演性格霸道獨立的學霸何之洲，并與王心凌合唱了該劇的主題曲《冤家路窄》；之后，與王秀竹、裴子添聯袂主演古裝玄幻劇《玄門大師》，飾演熱血少俠張陵；12月，與袁冰妍、張子文、鄭媛元、聶聞遠合作主演青春勵志劇《青春二月當艷陽》，在劇中飾演風流瀟灑、桀驁不馴卻又身患奇特失憶癥的男主角霍彬。
2017年，與邢菲、聶子皓、涂冰聯合主演青春校園劇《熱血狂籃》，在劇中擔綱男主角，飾演孤僻冷傲、強勢霸道的華天學院校籃球隊隊員楚逍；12月27日，與王鶴潤搭檔主演的古裝懸疑劇《艷骨》首播，在劇中擔綱男主角，飾演有判斷、有擔當的死士掠影。2018年10月，與毛曉慧主演電視劇新版《神雕俠侶》，在劇中飾演楊過。
2019年1月19日，參演的古裝電視劇《皓鑭傳》在愛奇藝網絡播出；在7月，與張芷溪、向昊、程硯萩合作主演古裝勵志劇《紈绔世子妃》，在劇中飾演溫文爾雅的腹黑世子容景。10月12日，參加青春體娛跨界類型節目《超新星全運會第二季》；11月26日，由張若昀、李沁、陳道明主演的古裝權謀劇《慶余年》播出，佟夢實在劇中飾演高深莫測的不老神話五竹。
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