1990年，參演電影《惡狼與天使》，這是他的首部電影作品。1995年，搭檔盧芳主 演話劇《軍用列車》，這是他首部擔任第一男主角的話劇。至2002年，出演多部影視作品多為配角。
2002年，主演關錦鵬執導的電影《藍宇》，與劉燁飾演一對同性戀情侶，獲得第7屆香港電影金紫荊獎最佳男主角，并入圍第38屆金馬獎最佳男主角。2003年主演張紀中擔任總制片人的古裝武俠劇《天龍八部》，飾演第一男主角大俠喬峰，這是他首次飾演英雄角色，卻讓觀眾記住了“大俠喬峰”和“硬漢胡軍”。
2005年，與陳道明、劉嘉玲主演電視劇《一江春水向東流》，飾演負心漢張忠良。
2006年，參演電影《好奇害死貓》，飾演一個感情出軌的中年男人 ；在電視劇《楚漢風云》里面飾演項羽，與飾演虞姬的楊恭如和飾演呂后的吳倩蓮都有對手戲。2007年，與陳道明主演央視開年大戲《臥薪嘗膽》，飾演夫差。
2008年，參演《赤壁》飾演趙云，提名第38屆金馬獎最佳男配角；參演馮小寧執導的歷史劇《朱元璋》，飾演男一號朱元璋一角。2009年，參演陳德森導演的電影《十月圍城》，飾演一個武功高強的刺客，是電影里面的唯一“反派”，也是他首次光頭造型。
2010年，參演電影《讓子彈飛》，出演假張麻子一角；與周韻主演電視連續劇《金婚風雨情》，飾演抗美援朝歸來的志愿軍英雄“耿直”；參演電視劇《歲月》，飾演書生梁致遠。
2011年，與郭曉冬、孫寧聯袂主演電視連續劇《風語》，出演反派人物”陸叢俊“，收視居全國收視前三。2012年，和父親胡寶善參加中央電視臺春節聯歡晚會，演唱《鬧秧歌》；參演戰爭題材電視劇《孤軍英雄》，飾演高智商軍人“車道寬”，在中央八套播出期間平均收視為2.04 ；與徐帆、陳小藝、何冰等主演都市情感劇《青春四十》，出演專攻離婚官司的律師胡震東。
2013年，參演《建元風云》飾演忽必烈；參演改編自畢飛宇小說《上海往事》的民國年代劇《像火花像蝴蝶》6月22日在東方衛視、江蘇衛視黃金檔播出，胡軍再次出演硬漢，飾演亦正亦邪的“商會老大”，上海黑幫人物段紹榮。與劉德華、姚晨主演3D警匪片《風暴》12月公映，飾演“高智商悍匪” 。
2014年，主演電影《救火英雄》1月上映，胡軍出演喜劇角色“海洋”。
2015年7月3日胡軍加盟湖南衛視親子戶外真人秀節目《爸爸去哪兒第三季》。11月5日偶像都市話題劇《小情人》開機，胡軍將在熒屏中飾演一位剛強又柔情的單身老爸。2016年，參演電影《鐵木真傳說》。
2018年5月，作為中戲87級“戲骨班”成員參與錄制東方衛視體驗型勵志綜藝節目《青春同學會》。9月，出演由南派三叔原著改編電視劇《盜墓筆記重啟之極海聽雷》他在劇中飾演吳二白；10月31日，參演的由楊陽執導的古裝玄幻劇《將夜》在騰訊視頻上線，胡軍在劇中飾演健碩挺拔、粗獷豪放的鐵血梟雄夏侯。
2019年5月1日，與夏雨、張靜初合作主演的電影《東北往事之二十年》上映。6月，由胡軍等主演的國產科幻片《末日拯救》正在制作中。11月，憑借《音樂家》獲得第三屆“金色銀幕獎”最佳男主角獎。
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