2006年经朋友鼓励他参加了东方卫视的“加油，好男儿”演艺选秀比赛，获得武汉赛区冠军、全国7强、全国网络人气冠军出道，12月考入了北京电影学院，[1]并主演了电影《异度公寓》并取得不错的票房成绩。同年年底发行首本个人写真集《宇你在一起》。
2007年发行第一张唱片《宇光十色》，其主打歌《该死的温柔》更是获得了近1500万次的下载量，同年登上CCTV中秋晚会舞台，并演唱歌曲《该死的温柔》。
2008年再度登上CCTV中秋晚会他与许慧欣合唱《潜海姑娘》，2月发行第二张唱片《飞》并获得“推荐唱片”奖，[2]6月拍摄了《青衣》mv，马天宇一人饰四角，分别是青衣、老生、现代歌手、民国少年。专辑中的歌曲《眨眼》获中国歌曲排行榜周冠军，并获中歌榜季度金曲，主打歌《依然在一起》连续数周蝉联中国歌曲联播榜冠军。《青衣》在中国TOP排行榜新歌上榜便进入前三名，在亚太音乐榜、音乐先锋榜等榜单都曾位于前三甲[3]。同年并发行第二本个人写真集《依然在一起》。
2008年移动公司总计举办了百场移动歌友会，其中马天宇移动歌友会占25场。湖北移动公司更将“马天宇黄冈歌友会”作成教材供湖北各地市移动公司学习。12月马天宇入选CCTV-4《中华情》节目推出“纪念改革开放30年特别节目”—《岁月如歌》“偶像篇”，他是唯一一位选秀出身的歌手。
2009年他第三次登陆CCTV中秋晚会，演唱歌曲《我一见你就笑》，1月推出转型的新单曲《夜上海》，在各大电台打榜中又取得骄人的成绩[4]，4月主演了古装电视剧《黛玉传》剧中饰演贾宝玉，10月马天宇携歌曲《该死的温柔》入选《岁月留声·中国唱片60年见证》，此大型音乐纪录片将邀请国内多位歌唱表演艺术家参与，并在中央电视台播放。
2010年2月16日于CCTV3《百花迎春中国文学艺术界2010春节大联欢》演唱《弯弯的月亮》，5月与唐人电影合作的新概念武侠大戏《怪侠一枝梅》饰演贺小梅。9月推出EP《月光晴朗》，一直忙碌于影视剧拍摄工作的马天宇在2010年12月带来自己的的EP《自言自宇》。
2011年远赴西藏、尼泊尔等地拍摄写真集，发行第三本个人写真集《印·马天宇·西区》，2月7日参加中央卫视 《2011文学艺术界新年联欢》。[5]
马天宇
2012年出演《宝贝妈妈宝贝女》饰演“腹黑男”章汉哲，在6月15日夺得全国卫视黄金时段电视剧收视冠军。同年《轩辕剑之天之痕》在湖南卫视播出，剧中饰演吕承志。[6]
2013年，拍摄《少年神探狄仁杰》，饰演王元芳，因如玉公子形象俘获大批粉丝。同年与韩雪合作拍摄《淑女之家》，与郑爽二度合作《美人私房菜》，友情客串林心如主演《秀丽江山之长歌行》；12月21日在西单大悦城发行了第四张个人专辑《世界之外》。[7]
2014年7月2日，主演仙侠魔幻偶像剧《古剑奇谭》在湖南卫视钻石独播剧场播出，饰演方兰生/晋磊。9月搭档邓家佳、陈伟霆主演电视剧《缘来幸福》。2014下半年接连主演了《绯闻女友》《功夫婆媳》《毛丫丫被婚记》。10月发布了自己的首本写真旅行日记《转机》。同年发布了《兰铃曲》及《纳西索斯》两首单曲。[8]
2015年3月参加东方卫视明星真人秀旅行节目《花样姐姐》并演唱主题曲《让时光在微风中倒流》[11]，与刘涛合作主演《淘婚记》。7月参演《万万没想到》大电影，饰演慕容白，演技惊艳。8月搭档冯绍峰出演电视剧《幻城》。[12]
2016年2月，参加2016年中央电视台春节联欢晚会，与郭冬临、关晓彤、刘亚津表演小品《是谁呢》。[10]11月，获“2016百度娱乐年度人物”称号[13]。12月4日，与郑爽合作主演的古装剧《美人私房菜》在浙江卫视、安徽卫视播出，在剧中饰演忠义大将军李马 [14]。
2017年1月16日，获得“2016微博之夜”年度突破演员奖 ；1月20日，现代情感剧《凉生，我们可不可以不忧伤》杀青，在剧中饰演深情专一的凉生。1月27日，在2017年中央电视台春节联欢晚会上，与关晓彤演唱歌曲《带上月光上路》。3月8日，《幻城》番外篇《幻城凡世》首播，在剧中扮演马天赐[15]；同月，与王凯、王大陆合作出演电影《英雄本色4》[16]。3月底，主演三国题材权谋古装剧《三国机密》，饰演刘协和刘平 [19]；6月29日，凭借自传写真集《我本浪人》，荣获第11届作家榜总榜第一名 ；7月14日，确认出演电视剧《悲伤逆流成河》，饰演男主角齐铭；[20]7月28日其参演的《建军大业》在中国大陆上映；12月31日，参与“2018梦圆东方跨年盛典”，与王凯、王大陆共同演唱歌曲《当年情》，独唱《手花》和《我只在乎你》。[18]
2018年1月18日，其主演的警匪题材电影《英雄本色2018》在中国大陆上映[21]，在影片中饰演正义又执着的警察周超 ；3月27日，三国题材权谋古装剧《三国机密之潜龙在渊》在腾讯视频上线，马天宇在剧中饰演汉献帝刘协和弟弟刘平 。7月，出演科幻情感剧《完美芯机人》，饰演男主角李遥 。2018年9月17日，主演的电视剧《凉生，我们可不可以不忧伤》在湖南卫视播出，在其中饰演凉生，并演唱片尾曲《生生不息》。[22]
2019年，出演电视剧《你好，安怡》；6月18日，马天宇与姐姐马莉莉一同参加的国内首档手足观察类节目《我们长大了》在腾讯视频正式上线，他作为成长观察团成员对孩子们进行无干预的观察和分析。7月1日，电视剧《流淌的美好时光》首播，饰演男主角齐铭。[26]
