2005年，參演石維堅主演的諜戰劇《喋血黎明》，從而正式進入演藝圈；同年，出演閻建鋼執導的古裝劇《雄關遺夢》。2007年5月31日，其參演的親情倫理劇《金耳環》（原名《河流如血》）首播。
2008年，參演宋海明執導的劇情電影《水鳳凰》。2010年，主演方剛亮執導的微電影《李雷與韓梅梅》，在片中擔綱男主角，飾演因與人打架而被辭退的打工仔李雷；同年，與石涼合作主演劇情電影《斗雞人》。
2011年，與高露、喬任梁聯袂主演愛情短片《幸福59厘米之愛有多久》，在片中飾演與女友露露在北京打拼的鑫子；同年，與李伯清、顏丙燕聯合主演劇情電影《老家新家》，在片中飾演老余頭的兒子余三喜。
2012年1月4日，其主演的愛情電影《@伴娘》上映；1月31日，其主演的愛情喜劇電影《娛樂是個圈》上映，在片中飾演想當歌星的男主角宋玉；同年，出演房祖名主演的愛情喜劇微電影《美好2012之春暖花開》。
2015年8月10日，與張仟、亦涵聯合主演的驚悚電影《白日殺機》上映，在片中飾演為廢棄多年的化工幫做規劃設計的男主角陳偉。
2016年，與梁雪芹領銜主演劇情電影《巧巧》，在片中飾演以富二代自居的混混李衛；11月25日，與鄒德江、盧倩文聯合主演的戰爭電影《熱土悲歌》上映，在片中飾演因長期受到日軍欺壓而奮起反抗的大春。2017年，與彭昱暢、王玉雯、李從喜聯袂主演劇情電影《大象席地而坐》，在片中飾演想去滿洲里避風頭的混混頭子于城。
2018年7月5日，由徐崢擔任監制的劇情電影《我不是藥神》上映，章宇在片中飾演脾氣火爆但為人仗義的打雜小弟彭浩，并參與演唱了宣傳主題曲《生如夏花》，該片票房成績突破了30億元人民幣，而他則憑借該片入圍第55屆臺灣電影金馬獎最佳男配角獎；9月8日，獲得智族GQ年度人物盛典年度新銳演員獎；11月16日，與陳建斌、任素汐、潘斌龍聯袂主演的荒誕喜劇電影《無名之輩》上映；12月5日，確定搭檔馬麗主演由耿軍執導的電影《東北虎》。
2019年4月21日，獲得青年力量致敬盛典青年力量獎。
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