二零零六年，他首次登上大银幕，在吕乐执导的青春题材电影《十三棵泡桐》中担纲男主角陶陶一角，凭借这部处女作正式开启了个人演艺生涯。随后，在《十三棵泡桐》中他再度诠释了陶陶这一角色，而在《十三棵泡桐》的影像记录里，亦能看到他所饰演的陶陶（位于画面右侧）的身影。二零零七年，他与林晓凡、王希维、王尉等人共同主演了一部数字电影《男孩都想有辆车》，在片中出演了性格鲜明的男二号角色“锥子”。两年后，他首次涉足话剧舞台，参演了话筒式话剧《当咖啡遇到电视》，并成功塑造了剧中男主角石月的形象。二零一零年，他加盟了由范冰冰、陈柏霖、肥龙等主演的文艺电影《观音山》，在片中饰演一位颇具影响力的街头帮派头目。次年，他在莫文蔚、郭涛、戴立忍、文章联袂出演的都市爱情电影《万有引力》中亮相，扮演了一位技艺精湛的花样跳伞运动员海桥。二零一二年，他出演了由滕华涛执导的首部星座主题微电影《爱情宅急便》，生动演绎了片中执着而深情的摩羯座男子小安；同年，他还与李昕芸、韩雯雯、吕聿来合作，主演了青春爱情电影《有种》，在片中饰演了核心人物男主角三宝，进一步丰富了其表演履历。
二零一三年，他首次涉足微电影领域，与王希维、张子栋共同出演了青春励志题材的微电影《失联者》，并在其中担纲男主角，由此开启了演艺生涯。次年，他的事业版图进一步扩展，先是与欧豪、陈都灵、杨洋、胡夏等一同主演了青春爱情电影《左耳》，在片中他诠释了一位深情喜欢着吧啦的黑人角色，展现了其表演的多样性；同年，他还与Mike隋合作主演了另一部微电影《6号赛车》，成功塑造了一位带有独特孤独气质的赛车手形象，细腻地传达了角色内心的复杂情感。进入十月，其主演的电视剧《奇妙世纪》正式上线播出，他在剧中饰演了关键人物张明，这次小荧幕的尝试为他积累了宝贵的经验。值得庆贺的是，在同年的十二月，他凭借出色的演技荣获了“华盛顿独立电影节”最佳男演员奖，这无疑是对其表演实力的重要认可。时间来到二零一五年，他参与了音乐舞台剧《栀子花开Neverland》的演出，与苏妙玲、左立、虎虎等人合作，在剧中担任男主角邱林，不仅完成了舞台表演，还亲自为该剧献唱了主题曲《梦幻岛》及插曲《抱抱靠靠》，充分展示了其多方面的艺术才华。同年，他再次投身青春爱情题材，与郑凯、米咪、黄仁德、马吟吟共同主演了根据饶雪漫同名小说改编的现代剧《左耳》，在剧中他延续了电影《左耳》中的角色，继续饰演那位深情的黑人，值得一提的是，他是唯一一位同时参演了电影版《左耳》与电视剧版《左耳》的演员，并且成功塑造了同一个角色，此次演出也是他个人首部正式播出的电视剧作品，意义非凡。二零一六年九月十四日，他迎来了大银幕上的一个重要角色，在由曹保平执导、刘烨、张译、王子文共同主演的悬疑片《追凶者也》中，他生动地刻画了落魄古惑仔王友全这一形象，其精湛的表演使他获得了第17届华语电影传媒大奖最佳男配角奖的提名，业界评价颇高。次年七月，他首次以固定嘉宾的身份参与了江苏卫视锻造式综艺节目《来吧，兄弟》的录制，这标志着他正式涉足综艺领域，完成了他的综艺首秀，为观众展现了荧幕之外更为立体的一面。
二零一八年四月，段博文友情出演了由李程彬与郭姝彤共同主演的剧情片《镜像人·明日青春》，他在片中精彩诠释了一位对赛车运动充满热情的富二代角色周晓杰；同月二十八日，他与徐峥、王丽坤联袂主演的悬疑电影《幕后玩家》在全国范围内正式公映，段博文于该片中塑造了名为田雨的人物形象。进入二零一九年，他参演的电影作品《我和我的祖国》登陆院线，在片中他扮演了一位乒乓球教练。二零二零年十月二十六日，其参与演出的电影《风华正茂的我们》正式宣布开机拍摄。次年，即二零二一年四月二日，他参演的电影《我的姐姐》上映；紧接着在四月十三日，由他与李易峰、陈星旭等人主演的中国首部聚焦火箭军题材的电视剧《号手就位》也拉开了播出的序幕。同年七月十五日，段博文出演的影片《镜像人·明日青春》在各大网络平台全面上线。二零二二年九月，他参与了网剧《消失的大象》的演出；随后在十月五日，其参演的电影《生死排爆》于爱奇艺平台实现全网独家播映。二零二三年伊始，一月二十二日，他宣布加盟作品《2023年东方卫视春节联欢晚会》；两日后的二十四日，其参演的电影《中国乒乓之绝地反击》登陆院线；五月七日，他参演的电视剧《外婆的新世界》正式播出。同年十一月三日，由他主演的电影《普通男女》上映；十二月十五日，他出演的电视剧《左耳》在各大网络平台全线推出。时间来到二零二四年七月四日，他参演的电视剧《消失的大象》如期播出。二零二五年三月二十二日，由他领衔主演的电影《怒水西流》与观众见面。五月十四日，奇幻爱情电影《明天的我与昨天的你约会》正式公布主演阵容，段博文在其中以友情出演的身份参与。同年十一月一日，他参演的电视剧《树影迷宫》播出。此外，在作品《树影迷宫》中，他饰演了角色孟晓星。
段博文以其极具个人特色的外形条件和扎实稳健的表演功底，在观众心中留下了深刻印象。他在众多电影作品中成功塑造了多个性格迥异且令人过目不忘的重要角色，积累了相当丰富的大银幕演出经验，尤其对于各种不同类型角色的把握与诠释，他更形成了一套自身独到而有效的方法。段博文身上常常被形容为带有一种难得的“灵气”，这种特质使他展现出超越年龄的深邃与思考。他时常以一副玩世不恭的“坏男孩”形象示人，但内里却藏着一份腼腆与纯净，这种鲜明的反差令不少人将他视作潜力巨大的演员，甚至有人认为他有望成为孙红雷式的代表性人物。经过长期在表演领域的磨砺与沉淀，段博文不仅逐步确立了鲜明的个人风格，同时也锤炼出作为一名优秀演员所应具备的纯熟演技与专业素养。在《来吧，兄弟》这档节目中，段博文完成了他的综艺首秀，向观众全方位展示了自己惊人的耐力水平、良好的身体素质，以及缜密清晰的逻辑思维能力，更传递出那种为团队坚持到底、不言放弃的珍贵兄弟情谊。