2004年，炎亚纶因为一张发布在交友网站上的照片，而被经纪人发掘。同年，首次出演电视剧，在家庭喜剧《安室爱美惠》中饰演送牛奶的少年郑碗贵，由此进入演艺圈 。2005年9月，与林依晨、郑元畅合作出演爱情喜剧《恶作剧之吻》，饰演多金公子阿布。11月，在科幻偶像剧《终极一班》中饰演了沉默寡言却隐藏着神秘力量的丁小雨。12月28日，与吴尊、辰亦儒、汪东城组成男子演唱组合“飞轮海”，正式出道。
2006年9月，随飞轮海发行《飞轮海首张同名专辑》，收录了《只对你有感觉》、《我有我的Young》等11首歌曲，凭借该专辑获得Hito流行音乐奖年度Hito男团体奖
2007年8月，在科幻偶像剧《终极一家》中饰演铁时空白道异能界盟主灸亣镸荖·舞。12月，在爱情喜剧《恶作剧2吻》中再次饰演了为爱勇往直前的阿布一角。
2008年1月，随飞轮海发行第二张专辑《双面飞轮海》，收录了《新窝》、《出神入化》等13首歌曲，凭借该专辑获得雪碧榜音乐颁奖礼亚太地区最优秀组合奖、MusicRadio中国TOP排行榜港台地区年度最受欢迎组合奖等多个奖项。9月，随飞轮海举办了“飞轮海想入飞飞世界巡回演唱会”。11月，首次担纲男主角，与吴映洁搭档主演悬疑剧《霹雳mit》，饰演表面冷酷而内心却渴望温暖的国际著名侦探之子詹士德。
2009年，随飞轮海发行第二张专辑《越来越爱》，专辑特别增加了摇滚元素，收录《动脉》、《孤单摩天轮》等11首歌曲。
2010年9月，随飞轮海发行第四张专辑《太热》，收录了包括同名主打歌在内的10首歌曲。10月，携手房思瑜主演校园悬疑剧《死神少女》，饰演具有灵异体质的少年沈奇。12月，与辰亦儒、喻虹渊共同主演爱情喜剧《爱似百汇》，在剧中饰演个性内敛、做事很讲究方法的大学生邢一诚 。
2011年3月，发行个人首张迷你专辑《下一个炎亚纶》，收录了《下一个我》、《一触即发》等6首歌曲，该专辑连续两个月占据“中文唱片公信榜”榜首位置。
2012年5月，与修杰楷、梁心颐联袂主演爱情音乐剧《给爱丽丝的奇迹》，饰演对音乐非常执着的首席小提琴家贺霆宇。10月19日，发行个人首张正规专辑《纪念日》，收录了包括主打歌《被忘录》在内的10首歌曲。
2013年6月，搭档郭雪芙主演浪漫爱情剧《就是要你爱上我》，饰演个性孤傲、情感细腻的男主角齐翼，该剧播出后夺得同时段收视冠军。
2014年4月，与李毓芬合作主演都市爱情剧《爱上两个我》，在广告公司执行长路天行和兼职企划小鹿两个角色之间来回转换，凭借该剧获得第10届首尔电视剧节亚洲明星奖 。5月，发行第二张迷你专辑《Drama》，收录由他主演的多部戏剧中的主题曲或插曲。6月，推出第三张迷你专辑《Cut》，尝试了舞曲、RAP等多种曲风。
2015年3月18日，以英文名字“Aaron”在日本正式出道，其发行的首张日本单曲《MOISTURIZING》空降日本公信榜前十位。8月，为偶像剧《我的灵界男友》演唱片尾曲《你幸福就好》。9月，发行第二张日本单曲《Gelato》。12月，演唱了武侠剧《秦时明月》中的插曲《独活》。
2016年3月，搭档曾之乔主演职业爱情剧《后菜鸟的灿烂时代》，饰演事业得意却是感情后菜鸟的CEO纪文凯，该剧在中国台湾地区收视率达到2.91点，并被翻译成50多种语言先后在30余个国家播出。7月，与钟汉良、江疏影联袂主演都市情感剧《一路繁花相送》，饰演敢闯敢拼乐观温暖的创业家林乐清。
2017年10月，搭档鞠婧祎主演民国悬疑剧《请赐我一双翅膀》饰演对刑侦探案与罪犯追踪有着超乎常人的天赋的侦缉队长龙天羽 。2018年3月30日发行EP《最想去的地方》，9月发行全新EP《亲爱的怪物》。
2019年4月15日，炎亚纶个人写真礼盒《灵魂冒险王》发布，该礼盒分为公益版本和签售版本；7月2日，其参加的腾讯视频全明星篮球竞技真人秀节目《超级企鹅联盟Super3:星斗场》首播；9月10日，与陆毅、郭采洁合作主演的都市轻喜剧《亲·爱的味道》首播，饰演表面风流不羁却充满着侠义之心的富家子林暄；10月10日，加盟国内首档导演选角真人秀《演员请就位》。
2020年2月15日，加盟浙江卫视音乐节目《天赐的声音》，担任飞行合伙人。