1994年，出演个人首部电视剧《贺龙》，开始演艺生涯。1997年，担任北京电视台《七色光周末版》主持人。2001年，出演古装武侠剧《新女驸马》，饰演性格懦弱的太子。2003年，主演古装武侠剧《剑出江南》，饰演明朝正德皇帝。2005年，出演古装神话剧《聊斋志异之连锁》。
2006年6月，主演青春爱情片《城市上空的鸟》，饰演执着于电影的男孩酱果；9月，出演古装爱情剧《锦衣卫》，饰演身世复杂、游走于官场的杨布衣。同年，与黄海冰、方圆合作主演都市青春剧《幸运者》，饰演热情幽默又喜欢时尚扮酷的冲动男孩陈小原。
2007年，出演都市情感剧《娶你不后悔》，饰演精明中夹杂着柔情的“海归派”商人 ；同年，主演剧情片《父子神探之神秘数字》，饰演因受刺激而精神异常的梁远。
2009年10月，与林心如、赵鸿飞合作主演古装剧《大祠堂》，饰演天资聪慧、敏而好学但却脆弱多情的谢致相；11月，出演家庭伦理剧《故梦》，饰演清朝末代皇帝溥仪；同年，与张蓓蓓合作主演剧情片《其实不想走》，饰演80后男孩苏阳。
2010年2月，主演古装悬疑剧《神探狄仁杰前传》，饰演忠肝义胆、武艺高强的色子；同年，出演历史传奇剧《李白》，饰演李白一生的挚友李成 。
2011年9月，参演历史剧《辛亥革命》，饰演清朝醇亲王载沣；12月，参演历史战争剧《大汉口》，饰演唯利是图、八面玲珑的回民马宪前。
2012年，与徐峥、马苏合作主演都市轻喜剧《大男当婚》，饰演好逸恶劳的极品剩男李文达。2013年，参演现代都市剧《辣妈正传》，饰演不靠谱且经常捅娄子的“坑爹男”帆哥。
2014年1月，主演励志喜剧片《完美超越》，饰演精明干练、腹黑毒舌的职场高管王经理；2月，与宋丹丹合作主演都市轻喜剧《美丽的契约》，饰演毫无恋爱经验的宅男设计师田方；3月，出演古装探案剧《长安三怪探》，饰演痴情的太学院学生林昌嗣 ；12月，参演古装武侠剧《神雕侠侣》，饰演杨过的师傅赵志敬。
2015年4月，与唐曾、毕彦君合作主演当代都市剧《爱你一生》，饰演贪婪、极富心机的于百家；7月，出演都市情感剧《加油吧实习生》，饰演JM公司的高管黄晓峰。
2016年2月17日，主演的古装武侠剧《五鼠闹东京》开播，他在剧中饰演“四鼠”蒋平；同月22日，出演于正编剧的民国奇幻爱情剧《半妖倾城》，饰演女主聂倾城的父亲聂如风。9月，出演由鹿晗、娜扎领衔主演的古装奇幻电视剧《择天记》，在剧中饰演陈数的得力干将周通一角。10月24日，根据丁墨同名小说改编的犯罪悬疑网络剧《美人为馅》登陆爱奇艺首播，王茂蕾在剧中一人分饰三角，在剧中饰演了精神分裂症患者朱教授，助手刘助理及爱人莉香三种不同人设的角色。
2017年， 参演电视剧《浪花一朵朵》，饰演孙不凡。同年，在《凤囚凰》中饰演马忠良；《军师联盟》中饰演无奈昏懦的汉献帝；古装宫廷剧《延禧攻略》中饰演袁春望。