2003年，朱亞文和張栗坤、陳星合作主演青春校園劇《陽光雨季》，在劇中扮演宏遠中學高二A班的班長岳超飛，這是他的首部電視劇作品，從而正式進入演藝圈。

2004年，朱亞文參與演出郭林執(zhí)導的電視劇《走過冬季》。2005年，主演張友齡執(zhí)導的親情劇《非親兄弟》，在劇中扮演文弱內向且善良仁義的陳天雨；同一年，悼才她坑與黃文豪、王伯昭、沈傲君合作主演清裝劇《豪門金枝》（原名（《鹽亨》），在劇中扮演李家獨生子李重林。

2006年，朱亞文和佟瑞欣、杜耕萱、苗乙乙共同參與演出鄉(xiāng)村劇《鄉(xiāng)里鄉(xiāng)親》（又名《光輝年代》），在劇中扮演韓天壽兒子韓金龍，和黑子扮演一對父子；同一年，和李幼斌，薩日娜，小宋佳聯(lián)袂主演年代傳奇劇《闖關東》，在劇中扮演生性不拘、豪放莽撞且有情有義的朱家次子朱傳武，該劇于2008年1月2日首播，他也因此被更多觀眾所認識，并被眾多媒體譽為“繼胡軍、侯勇之后的又一熒屏硬漢”。

2007年，朱亞文參與演出劉家成執(zhí)導的軍事劇《高地》，在劇中扮演從軍校畢業(yè)后主動要求到709團工作的王奇，該劇于2009年1月1日首播；同一年，和邢佳棟、吳炫聯(lián)袂主演刑偵劇《雪琉璃》，在劇中扮演博陵市文物派出所副所長李柯；之后， 主演沈好放執(zhí)導的涉案劇《市委書記日記》，在劇中扮演東州市委書記韓望杰的兒子韓夏，和程煜扮演一對父子。

2008年，朱亞文和胡靜、李泰、許還幻、何琢言聯(lián)袂主演古裝傳奇劇《兵圣》，在劇中擔綱男主角，扮演“一代兵圣”孫武；同一年，和羅海瓊、齊奎、許還幻聯(lián)袂主演戰(zhàn)爭劇《烽火影人》，在劇中擔綱男主角，扮演才華橫溢的電影導演歐陽浦生。

2009年，朱亞文和齊奎、梁林琳、王雨聯(lián)合主演軍旅劇《情系北大荒》，在劇中擔綱男主角，扮演勇猛豪爽、不怕犧牲的北大荒軍墾區(qū)某尖刀營營長郝豹；同一年，和喻恩泰、甘婷婷、王姜船紙希挺合作主演革命劇《高粱紅了》，在劇中扮演外表柔弱、內心堅強的男主角林鴉戀匪玉生，該劇于2010年10月5日妹嚷首播。

2010年，朱亞文主演反貪題材電影《你是我的兄弟》，在片中扮演身為檢察官的男主角鄭埋兆射十一；同一年，和姚笛、郭伊娜領銜主演抗戰(zhàn)傳奇劇《遠去的飛鷹》，在劇中他所扮演的男主角高志航英姿颯爽、做事雷厲風行，是中國首位空戰(zhàn)英雄、被譽為“東北飛鷹”，該劇是國內投拍的首部以空軍戰(zhàn)爭為題材的電視劇，他則憑借該劇入圍第40屆國際艾美獎最佳男主角獎；12月6日，和李幼斌、史蘭芽合作主演的電視劇《愛在蒼茫大地》上星播出，在劇中扮演雖然說話吊兒郎當、做事沖動但卻極具正義感、誠實勇敢 的聞明遠，他則憑借該劇入圍冬季電視劇互聯(lián)網盛典最具號召力男演員獎。

2011年6月17日，朱亞文獲得第14屆上海國際電影節(jié)亞洲新晉演員獎；同一年，和苗圃、呂一、杜志國合作主演諜戰(zhàn)劇《地火》，在劇中擔綱男主角，扮演負責與馬增君接頭的地下黨員黎仲明，該劇于2014年7月4日上星播出。

2012年1月1日，朱亞文主演的革命劇《我的娜塔莎》開播，在劇中擔綱男主角，扮演既真實質樸又正義凜然的抗聯(lián)戰(zhàn)士龐天德；6月26日，和鐘秋、李梁、張念驊聯(lián)袂主演的革命劇《我們的法蘭西歲月》首播，在劇中扮演青年時期的周恩來；10月19日，和郝蕾、秦昊領銜主演的都市懸疑愛情電影《浮城謎事》上映，在片中扮演有點“一根筋”的警察秦楓。

2013年8月8日，朱亞文和倪大紅、邊瀟瀟、李光復合作主演的勵志劇《正陽門下》上星播出，在劇中扮演從“破爛王”成長為實業(yè)家的男主角韓春明；8月26日，和齊奎、 劉向京、蔣愷聯(lián)袂主演的革命劇《鐵血兄弟》播出，在劇中扮演寒付協(xié)生性叛逆、追求革命的男主角江流。

2014年3月份，朱亞文入圍第1屆中國電視演員形象榜青年演員形象金榜；10月1日，和湯唯、馮紹峰、王志文、黃軒合作主演的劇情電影《黃金時代》上映，在片中扮演溫良、儒雅又 有些懦弱、書生氣的端木蕻良；10月27日，和周迅、黃軒、秦海璐聯(lián)袂主演的近代傳奇劇《紅高粱》首播，在劇中扮演孔武有力、陽剛硬朗且霸氣十足船整束的男主角余占鰲，他 則憑借該劇入圍第21屆上海電視節(jié)-白玉蘭獎最佳男主角獎，獲得第3屆亞洲彩虹獎現(xiàn)代劇最佳男主角獎。

2015年1月11日，朱亞文和李佳航、萬茜、楊紫、孫紹龍聯(lián)合主演的軍旅劇《天生要完美》開播，在劇中他所扮演的男主角云天耀不僅是英姿颯爽海軍少校、101分隊的隊長，而且還是兼具教官風范以及軍人風采的教官；1月16日，出席2015米蘭秋冬男裝周，并出席了Dsquared2二十周年大秀，他是該品牌20周年唯一邀請的華人明星；2月18日，朱亞文參加中央電視臺春節(jié)聯(lián)歡晚會，和張豐毅、段奕宏合唱歌曲《中華好兒孫》；同一年，作為固定嘉賓參加江蘇衛(wèi)視推理競技類真人秀節(jié)目《真心英雄》，這是他首度參加真人秀，并參與演唱了節(jié)目主題曲《真心英雄》；8月20日，和Angelababy、倪妮領銜主演的浪漫愛情喜劇電影《新娘大作戰(zhàn)》上映，朱亞文在片中扮演體貼乖巧、逗趣買萌的“忠犬男友”羅丹，該片成為2015年七夕情人節(jié)的票房冠軍，上映首周便取得了1.5億元人民幣的票房成績；10月30日，朱亞文和楊冪、鹿晗 、王景春聯(lián)袂主演的青春懸疑電影《我是證人》上映，在片中扮演陰毒毒辣的“變態(tài)殺手”唐崢，該片票房突破了2億元人民幣；11月7日，和馬伊琍領銜主演的都市情感劇《北上廣不相信眼淚》首播，在劇中扮演風趣幽默、機智勤奮又有點囂張的男主角趙小亮，他則憑借該劇獲得第19屆華鼎獎中國當代題材電視劇最佳男演員獎。

2016年1月11日，朱亞文和李小冉、馮雷、曾黎領銜主演的都市情感劇《姐妹兄弟》首播，在劇中扮演從鍛造車間的青工成為房地產公司老板、寧州首富的男主角宋建國；7月15日，和包貝爾、宋佳、焦俊艷聯(lián)合主演的愛情喜劇電影《陸垚知馬俐》上映，在片中扮演具有“娘man”屬性的編劇、情場高手趙奔，該片上映3天票房便突破了1億元人民幣，并與包貝爾合唱了宣傳推廣曲《世界上最難唱的歌》，而該歌曲則取得了百度新歌榜冠軍、亞洲新歌榜季軍的成績，朱亞文亦憑借該片獲得了第31屆中國電影金雞獎最佳男配角獎的提名；10月17日，其參與演出的古裝喜劇《歡喜密探》開播，在劇中扮演被門砸暈還差點吃餅噎死的便衣密探；12月11日，和陳妍希領銜主演的都市情感劇《北上廣依然相信愛情》開播，在劇中扮演機智幽默、對事業(yè)一絲不茍卻在原則問題上不近人情甚至刻薄的男主角王茂。

2017年4月2日，朱亞文和王麗坤、黃柏鈞、王彥霖合作主演的都市職場情感劇《漂洋過海來看你》開播，在劇中他所扮演 的男主角鄭楚是MG旅游集團的時尚旅游體驗師，不僅陽光帥氣、風趣幽默，而且還有一些潔癖、強迫癥，并與王麗坤共同演唱了該劇的主題曲《漂洋過海來看你》；7月27日，和劉燁、黃志忠、王景春、歐豪、劉昊然聯(lián)袂主演的革命歷史電影《建軍大業(yè)》上映，在片中扮演打響南昌起義第一槍的周總理，該片票房突破了3.8億元人民幣，他 則憑借該片入圍 第34屆大眾電影百花獎最佳男主角獎。

2018年，朱亞文參加湖南衛(wèi)視原創(chuàng)聲音魅力競演真人秀節(jié)目《聲臨其境第一季》，最后獲得年度總冠軍；5月27日， 參加“相會中華騰飛時·傳世經典頌恩來”詩歌詠誦匯；7月27日，和鄭元暢、李佳航、菅紉姿領銜主演的都市勵志情感劇《合伙人》，在劇中扮演長相清秀卻性格孤僻、不易近人的男主角古東青，并參與 演唱了主題曲《單行線》；同一年，和楊子姍、賀軍翔、李媛合作主演都市情感劇《賴貓的獅子倒影》，在劇中扮演男主角劉青；8月26日，作為“心動偵探”參加的騰訊視頻都市男女戀愛社交推理真人秀節(jié)目《心動的信號第一季》開播；10月27日，和宋佳領銜主演的愛情電影《詩人》在東京電影節(jié)首映，在片中擔綱男主角，扮演陳蕙的 丈夫、懷揣“詩人夢”的煤礦工人李五。

2019年，朱亞文作為固定嘉賓參加浙江衛(wèi)視戶外競技真人秀節(jié)目《奔跑吧第三季》；同一年，和萬茜領銜主演了都市商戰(zhàn)劇《商業(yè)調查師》，在劇中扮演冷靜果斷、外剛內柔的男主角夏冬；8月20 日，位列福布斯中國100名人榜第80位；9月7日，和張榕容、王亮、曉凡合作主演的愛情喜劇電影《逗愛熊仁鎮(zhèn)》上映，在片中他所扮演的男主角何必不僅是高情商暖男“撩妹高手”，亦是痞帥逗趣的小職員；與此同時，他還獲得了第17屆電影表演藝術學會獎學會獎；9月30日，和張涵予、歐豪、杜江共同參與演出的劇情電影《中國機長》上映， 在片中扮演民航西南地區(qū)管理局四川監(jiān)管局領導；12月17日，和湯唯、鄧家佳、喬振宇領銜主演的古裝劇《大明風華》開播，在劇中扮演天性灑脫愛玩、文武雙全的明宣宗朱瞻基。

2020年，朱亞文特別參與演出李現(xiàn)、春夏、魏大勛、周游主演的年代劇《人生若如初見》；6月2日，和金晨、耿樂、劉奕君聯(lián)袂主演的懸疑劇《十日游戲》播出，在劇中扮演身為游戲工作室老板的男主角于海；7月31日，為動畫片《靈籠》配音的人物混剪預告片正式上線，作為配音體驗官的他用聲音塑造了動畫里9位不同的人物；同一年，主演抗疫劇《在一起》，在“救護者”單元中扮演一位武漢呼吸科主任；9月15日，入圍第七屆中國電視好演員獎藍組男演員名單；10月24日，參加中央廣播電視總臺《英雄兒女——紀念中國人民志愿軍抗美援朝出國作戰(zhàn)70周年文藝晚會》；12月23日，領銜主演紀錄片《中國醫(yī)生》官宣殺青。

2021年4月30日，朱亞文參與演出張藝謀首度執(zhí)導的諜戰(zhàn)題材電影《懸崖之上》上映。6月22日，參演的由劉偉強執(zhí)導的抗疫題材電影《中國醫(yī)生》定檔于7月9日。7月1日，參加的慶祝中國共產黨成立100周年文藝演出《偉大征程》播出，表演戲劇《跨越》。