1998年，與徐靜蕾,、李亞鵬主演青春偶像劇《將愛情進行到底》走入觀眾視線,，劇中飾演才華橫溢、對愛執(zhí)著的樂言,，因質樸本色的表演被觀眾稱為“大眾女婿”,。
2000年，主演電視劇《欲望阻擊》,，飾演男主角丁曉雷,。同年，主演電視劇《讓愛作主》,，飾演肖天海,；出演電視劇《彩票夢》,，飾演韋家貴。
2001年,，主演家庭暴力題材電視劇《不要和陌生人說話》,，憑借“安嘉睦”一角成名，并榮獲“中國電視藝術雙十佳演員”獎,；同年,，與徐靜蕾、李小璐,、夏雨等人共同出演愛情偶像劇《天空下的緣分》,，在其中一個故事中飾演男主角"李拓"；主演電影《秋天的流星雨》,。
2002年,，主演緝毒題材電視劇《絕對控制》，飾演正義,、倔強而富有激情的“薛冰”,，憑借精彩的表演獲封“警察專業(yè)戶”。同年主演電視劇《生死之戀》,，飾演男主角高君宇,。同年與何潤東、沈傲君等人共同出演電視劇《四大名捕斗將軍》,，劇中飾演“鐵手”一角,。同年10月，與李亞鵬,、周迅主演電視劇《海灘》,，劇中飾演王小兵。同年主演電影《暖冬》,。
2003年,，出演都市情感劇《青鳥的天空》，飾演男主角彭衛(wèi)宇,；在電視劇《福星高照豬八戒》中飾演單純而癡情的牛魔王,。同年，主演電視劇《天涯追殺令》,，飾演夏侯雄,。
2004年，在電視劇《凌云壯志包青天》中出演包拯一角,；在央視大劇《七劍下天山》中飾演青干劍楊云驄,。同年出演電視劇《月上江南》，飾演司徒劍。
2005年,，攜手袁泉出演央視一套開年賀歲劇《完美》,，飾演男主角律師佟言；同年5月,，主演電視劇《大阿哥溥俊》,，劇中飾演歷史人物溥俊。7月,，在電視劇《可可·西里》中再度扮演一名警察,；12月，主演電視劇《秘密》,，飾演男主角顧海洋。
2006年,，主演反特懸疑劇《羊城暗哨》,，獲得南方盛典“2007年度最具人氣男演員”獎；8月,，在根據方方同名暢銷小說改編的電視劇《桃花燦爛》中首次出演眾星捧月的“情圣”,。
2007年4月，主演電視劇《大長垣》,，飾演男一號牛長遠,。7月，主演電視劇《忘不了》,，飾演白志強,。9月，出演電影《命運呼叫轉移》,。11月,，參演電視劇《傾城之戀》，劇中王學兵突破戲路飾演浪蕩公子唐一元,。12月,，與張歆藝、李光潔主演醫(yī)療題材電視劇《柳葉刀》,，王學兵在劇中出演為人正直,、醫(yī)術高明的醫(yī)生“顧明道”。
2008年,，在諜戰(zhàn)懸疑劇《迷霧重重》中飾演男主角“陳元地”,；主演電視劇《滇西1944》，飾演馬成龍,。
2009年1月,，與左小青、劉威等主演少數民族獻禮劇《金鳳花開》,，飾演男主角張東海,；4月,，主演電影《高考1977》全國上映，王學兵飾演男主角潘志友,，該片獲得第13屆中國電影華表獎“優(yōu)秀故事片獎”,。10月，主演獻禮劇《浦江之東》,。
2010年1月,，出演現代諜戰(zhàn)劇《諜變》，飾演男主角石清澤,；4月,，主演醫(yī)療題材電視劇《無影燈下》，王學兵再度扮演一名醫(yī)生蕭克明,；在電影《關云長》中飾演王植,；參演電影《建黨偉業(yè)》飾演“包惠僧”；8月,，主演諜戰(zhàn)劇《暗紅1936》,，王學兵首次一人分飾兩角，飾演兩兄弟武仲明和武伯英,。
2011年,，出演電視劇《大秦帝國之崛起》，飾演一代戰(zhàn)神“白起”,。同年,，王學兵跨界發(fā)展，首次擔任導演并執(zhí)導了微電影《堅定的錫兵》,，該片榮獲第24屆哈爾濱冰雪電影節(jié)觸電單元"導演風格大獎",，以及中國首屆金微獎·國際微電影節(jié)“最佳創(chuàng)意獎”、第三屆中國國際新媒體短片節(jié)金鵬獎“最佳網絡人氣短片獎”,。
2012年2月,，主演電視劇《大偵破》，飾演男主角蕭恩,；5月,，出演高群書執(zhí)導的電視劇《我們的生活比蜜甜》，飾演周二慶,。同年,，在電影《聽風者》中扮演“老鬼”郭興中，影片上映后票房累計近2.5億,。
2013年3月21日,，與美女主播朱丹共同主演的懸疑愛情微電影《石頭剪刀布》優(yōu)酷網上線播出。
2014年，與廖凡,、桂綸鎂主演的電影《白日焰火》榮獲第64屆柏林國際電影節(jié)最佳影片“金熊獎”,；參演電影《北京愛情故事》，王學兵在片中顛覆形象,，出演一個事業(yè)有成的“極品渣男”,，并憑借該片獲得第6屆澳門國際電影節(jié)“最佳男配角”提名；在劉鎮(zhèn)偉執(zhí)導的電影《完美假妻168》中扮演腹黑賤男“鄭國富”,；參演電影《白發(fā)魔女傳之明月天國》七夕上映,。
2014年2月，出演電影《一個勺子》,，憑借“李大頭”一角獲得第51屆臺灣電影金馬獎“最佳男配角”提名,，影片定擋于2015年11月20日；3月,，出演高希希導演的電影處女作《露水紅顏》,，飾演楊振民，影片于11月7日上映,；4月，主演電視劇《紅色追剿1949》,，飾演大土匪向天豹,。6月，主演“印象派”喜劇電影《印度奇游》,。9月,，主演愛情電影《明天我要嫁給你了》。同年,，王學兵再度跨界,，全新單曲《蜜雪兒de冒險》MV正式首發(fā)。
2014年10月27日,，由林兆華執(zhí)導,，王學兵領銜主演的話劇《人民公敵》在北京保利劇院開啟首演，并于11月起在全國近30座城市展開巡演,，預計演出規(guī)模將超過100場,。此次演出，也是王學兵自1997年出演話劇《保爾·柯察金》之后,，時隔17年重新回到話劇舞臺,。
2015年9月，公路犯罪電影《未擇之路》在甘肅敦煌正式開機,，王學兵,、馬伊琍領銜主演。