2003年，接拍電視劇《小兵張嘎》，飾演主角嘎子（張嘎）而成名。
2006年以全國生、旦、凈、丑專業總排名第一的成績考入中國戲曲學院。同年，出演電影《龍的使命》，飾演小龍。
2007年，在與葉青青、劉景毅聯袂主演的電影《繼母日記》中飾演韓子毅；同年還出演電影《鐵警雄風》，《留下來陪你》。電視劇方面，出演成浩導演作品《純真年代》。
2008年，與楊麗曉、徐松子、張志彤主演閻建鋼指導電影《一聲唿哨》，在影片中飾演千勇。
2009年年初，謝孟偉接拍了獻禮片《鐵人》，在這部根據王進喜的先進事跡改編的影片《鐵人》中，謝孟偉扮演的是王進喜最小的徒弟“小豹子”孫明元。同年，出演軍旅題材的電視劇《我的團長我的團》。
2010年，在電視劇《為了新中國，前進》中，扮演董存瑞的同鄉兼戰友郅振彪。同年，與王寶強聯合出演電視劇《奪寶》，飾演神槍手。
2011年，加盟電影版《小小飛虎隊》，大展搞笑天賦，為電影增加不少趣味。同年，還與朱時茂，鐘梅，蘇瑾主演電影《讓我再抱抱你》，飾演孫強。
2012年，與吳奇隆、甘婷婷、王新等共同主演電視劇《向著炮火前進》，飾演愛恨分明、敢作敢為的樁子。
2013年，謝孟偉加盟由云南衛視主辦的青春紀實節目《士兵突擊》，圓了自己的軍人夢。
2013年，謝孟偉與王挺、王珂、王新等共同主演電視劇《英雄聯盟》，飾演明面上是商人，背后實為鋤奸小分隊隊員的余文墨。
2014年，與吳奇隆、唐于鴻、王新合作，主演都市電視劇《向著幸福前進》，飾演李強。同年與譚凱、蔣欣、程煜合作主演電視連續劇《邊城》，飾演梁文權的助理。
2015年，在高能喜劇《非常同伙》中挑戰反派角色。謝孟偉主演的都市溫情大戲《背著奶奶進城》于11月6日在山東衛視播出。
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