二零零四年七月，由陆小惠与吴祖云共同担任导演的电视剧《铁色高原》在云南地区进行演员选拔，当时王丁宇凭借其独特气质被剧组选中，在剧中他生动演绎了傈僳族青年阿甲这一角色，由此逐渐进入公众视野，并正式踏入了演艺行业。次年，即在二零零五年，他在由马景涛、徐少强担任主演的电视剧《翡翠王》中出演了张六这一人物。自二零零六年起，王丁宇参与了王连平导演所执导的“缉毒剧”系列三部曲，包括《红蝎子》、《带泪梨花》以及《美丽重生》，在剧中他成功塑造了边防武警张宏伟这一形象，凭借扎实的表演赢得了广泛关注，这也标志着他演艺事业进入了一个崭新的阶段。二零零八年，在丁海峰、童瑶、曾黎等主演的军事缉毒题材电视剧《军人荣誉》中，他饰演了边防武警警官周正。到了二零零九年，由宫晓东执导的电视剧《冷箭》于中央电视台一套首播，王丁宇在剧中扮演了冯小麦一角。 二零一零年，王丁宇在闻成执导的电影《花恋》中担任主演，出演边防武警指导员。同年，在范志博、于震、高虎等主演，并由王连平执导的电视剧《英雄荣耀》里，他饰演了一位纪检上校。二零一二年，在孙玮、陈洁联合主演，同样由王连平执导的电视剧《铁血雄心》中，他诠释了边防武警侦察员小董这一角色。二零一五年，他主演了由云南民族电影制片厂出品的电影《叶妲》，在片中饰演解放军连长周华。同年，在峨眉电影集团发行分公司发行的电影《临沧的诱惑》中，他扮演了田艾然。二零一六年，他在吴天戈执导的涉案剧《戒毒风云》中饰演杨烈。同年八月十六日，他主演的网络大电影《扎纸先生》正式上线播出。 二零一七年一月二十九日，由王连平执导的电视剧《爱，来的刚好》在江苏卫视首播，王丁宇在剧中出演吴华。二零一八年，在王文杰执导的电视剧《都是一家人》中，他饰演了王电脑一角。二零一九年，他主演了王连平执导的电影《美人追》，在片中扮演曹瑞。同年，他还客串出演了王连平执导的电影《黑夜里的眼睛》以及网络电影《生死旅行》，分别在两部作品中饰演边防武警陆警官和王队长。二零二二年，他参演了由向北执导，麻家铭、余心恬领衔主演的二十集网剧《女王的骑士》，该剧主要讲述了接受任务的保镖与女主角共同经历重重困难后走到一起，并最终战胜黑暗势力的故事。二零二三年七月二十四日，他主演的网络剧《我的骑士男友》在百视TV平台独家播出。根据计划，二零二五年八月二十七日，他参演的短剧《玉阶升凰》也将与观众见面。