2015年，出演刘天池执导的青春校园电影《薄荷》，在片中担纲男主角，这是他的首部电影作品，从而正式进入演艺圈。2016年8月8日，出席电影《危城》在北京举办的首映礼；同年，与林柏宏、虞朗、于翔领衔主演奇幻喜剧《蛋黄人》，在剧中饰演因被外星生物寄生而化身为战斗力很高的杀手韩予，这是他的首部影视作品。
2017年，与胡一天、沈月、王梓薇联袂主演根据赵乾乾同名小说改编的青春爱情剧《致我们单纯的小美好》，在剧中饰演外表看似玩世不恭、实际上却很专一的男二号吴柏松，该剧上线1天便取得了点击率破亿的成绩；12月29日，由王俊凯、迪丽热巴、董子健领衔主演的奇幻电影《解忧杂货店》上映，高至霆在片中饰演青年时期的浩博。
2018年，与张燕妮、李如歌、王双宝联袂主演励志爱情喜剧电影《最美马拉松》，他所饰演男主角林赫是个富二代，最初有些意志力不坚定，后来大胆地走出阴影并改变了自己；同年，与徐璐、邱赫南联合主演青春剧《飞鸟集》，在剧中饰演身负神秘使命的IT天才武越；10月18日，与李光洁、袁文康、姜珮瑶合作主演的警匪悬疑动作剧《悍城》播出，在剧中饰演穿西装打架的小武；12月18日，获得中国时尚权力榜年度惊喜男艺人奖 。
2019年4月，作为毕业生代表参与演唱了中戏版《我爱你中国》。