2002年，出演由上海美術電影制片廠開拍以原創動漫改編的青春偶像劇《我為歌狂》播出，飾演的男一號葉峰外表冷峻內心敏感，季晨憑借該劇正式出道；隨后，參演都市情感劇《北京假日》?。2004年，胡兵首次擔任制作人的影片《真情告別》播出，季晨出演男主的弟弟。
2005年，參演古裝神話劇《新聊齋志異之小倩》，在劇中首次飾演反派角色黑山老妖。2006年7月，與宋丹丹主演的校園言情劇《談談心戀戀愛》播出，季晨在劇中飾演外地來到濱海市就讀的專科生劉得華。2007年，出演浪漫輕喜劇《律政佳人2》。
2008年，出演周迅、桂綸鎂主演的喜劇電影《女人不壞》，該片為其首部電影作品。2009年，主演奇幻愛情電影《變身契約》，飾演懦弱且缺乏自信的保安隊員黃小強；同年，參演古裝歷史劇《大秦帝國之裂變》，在劇中飾演齊國君主齊威王。2011年，在愛情電影《那些一見鐘情的事》中首次擔任男主。
2012年，出演古裝神話劇《虎符傳奇》。2013年4月，聯合袁珊珊、賈乃亮等主演家庭輕喜劇《家有喜婦》；10月，主演的都市勵志喜劇《愛拼北京》上映；12月，參演古裝武俠劇《神雕俠侶》，飾演武學修為登峰造極，“天下五絕”之一的“南帝”一燈大師。
2014年，與袁中方共同主演主演穿越劇《拐個皇帝回現代》，一人分飾孝文帝、李歡兩角；同年，出演古裝勵志劇《美人制造》。2015年，在古裝權謀劇《瑯琊榜》中飾演個性剛正不阿，胸懷遠大的祁王蕭景禹。
2016年，《拐個皇帝回現代》的續集《又拐個皇帝回現代》播出，季晨繼續主演該劇；同年，在漫改真人劇《畫江湖之不良人》中飾演外表暗黑性格陰郁的黑無常。2017年，出演古裝愛情劇《醉玲瓏》，在劇中飾演三皇子元濟。
2018年，主演冒險題材網絡劇《沙海》，飾演沉著冷靜的黑眼鏡一角；隨后，與白宇共同主演民國懸疑推理劇《紳探》于2019年4月18日首播，季晨在劇中飾演集帥氣與才華于一身的法醫本杰明。
2019年4月，主演的奇幻愛情電影《傀儡姬彼岸花》在優酷首播；11月4日，參演親情片《世上只有媽媽好》；同年，參演古裝武俠劇《燕云臺》。
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