2012年，完成了個人首部電影作品，在體育勵志電影《阿米·走步》中飾演了男二號貢布，從而正式進入演藝圈；同年，參演韓承羽、海陸、曾愷玹，周孝安主演的青春校園勵志劇《水男孩》，在劇中飾演游泳隊隊員阿丁；之后，他還參演了年代劇《亂世書香》。
2013年，擔任吳莫愁《不請自來》MV的男主角；同年，參演張國強、斕曦、張匯倉、孫驍瀟主演的抗戰劇《英雄戟之影子戰士》，在劇中飾演英俊帥氣且重義氣的“鐵血東北虎”老八。2014年，在微電影《神雕俠侶之天下無雙》中飾演桃花島島主黃老邪。
2015年3月7日，其參演的警匪劇《秘密追蹤》播出，在劇中飾演“賊公子”吳達；3月16日，與禹童、經超、梁大維共同參演的科幻懸疑劇《執念師》首播，在劇中飾演高冷帥氣的未來聯盟修復師孔念之；4月10日，與雷牧、張沐莀、鄭中玉聯合主演的都市校園劇《我的老師是傳奇》播出，在劇中飾演帥氣俊朗、青春坦率的飛車黨二當家葉小白；同年，與李岷城、呂紅旭、潘春春聯袂主演驚悚懸疑電影《撕名牌殺戮事件》；此外，他還在古裝電影《盧俊義生擒史文恭》中飾演了資稟聰明的燕青。
2016年5月6日，與侯天悅、楊彤、榮梓希聯袂主演的愛情喜劇電影《男神抱抱》（原名《無敵奶爸》）上映，在片中飾演外形高大、壯碩的富二代洪天霸；6月29日，與陸路、邢菲、金瀚聯合主演的青春校園網絡劇《校園籃球風云》播出，在劇中飾演籃球隊突破型球員項杰；同年，與黃勝楠、金尤美、劉李優優、余銘軒聯袂主演愛情喜劇電影《王牌游戲之婚前夜》；隨后，與田牧宸、蘇菲、解子騰合作主演驚悚電影《我的靈界女友》，在片中飾演溫暖體貼的公司總裁韓正杰；10月9日，與王妍搭檔主演的都市懸疑電影《毒語者之毒奏》上映，在片中擔綱男主角，飾演神秘冷酷的科學怪才西河百部；此外，他還主演了都市喜劇《腦洞大開之九州幻想》。
2017年1月6日，與曲桐雨、李秉潤、陳龍聯袂主演的青春勵志愛情電影《我們的青春不怕疼》上映，在片中飾演隨性、陽光但自負的尚天；4月13日，與任然搭檔主演的愛情喜劇電影《神獸男友馴服記》上映，在片中飾演個性霸道賴皮、機智幽默的男主角陳希；隨后，與張鐸、李佳璇合作主演改編自紫金陳的小說《高智商犯罪》的犯罪懸疑劇《謀局》，在劇中飾演充滿活力的刑警張一昂；7月15日，與陳世承、范少勛領銜主演的青春校園喜劇電影《東北插班生》上映，在片中飾演一身痞氣、愛出風頭且不知收斂的男主角王虎；之后，主演劉海亮執導的系列古裝電影《封魔紀》，在片中飾演男主角楊戩；此外，他還主演了奇幻電影《迷失的晴明》，在片中飾演法力高強的平安時代大陰陽師安倍睛明。
2018年1月24日，與陳昊森、王宣、張殿倫共同主演的青春校園喜劇電影《東北插班生2虎嘯風生》正式殺青。
2021年4月15日，史元庭參演的電影《草原上的搏克手》在CCTV6電影頻道播出。
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