2003年，郭道元凭借喜剧电影《六个视线》出道。
2008年，客串出演了由宋康昊、郑雨盛、李秉宪等主演的动作冒险喜剧《好家伙、坏家伙、怪家伙》。
2010年，与金允石、河正宇、赵成夏等共同参演由罗宏镇编导的动作片《黄海》，因饰演金胜贤教授一角崭露头角。
2012年2月2日，参演的由尹钟彬执导，崔岷植、河正宇领衔主演的犯罪电影《与犯罪的战争》上映，郭道元饰演人面兽心的检察官“曹范锡”，因此获得第33届韩国青龙电影奖最佳男配角提名；5月30日，与苏志燮、李沇熹、严基俊、崔丹尼尔等人主演的警匪电视剧《幽灵》在SBS电视台首播，郭道元因在剧中饰演重案界第一疯牛“权赫洙”受到欢迎，并由此获得2012SBS演技大赏电视剧部门特别演技奖；10月11日，搭档苏志燮、李美妍、金桐俊主演的动作片《公司职员》上映，郭道元饰演了有着自卑情结的专员“权钟泰”。
2013年，郭道元与李帝勋、赵镇雄、金泰勋和文素丽主演了由朴明朗执导的惊悚剧情片《愤怒的伦理学》，饰演与遇害女大学生有着不伦关系的大学教授“秀泽”；12月28日，搭档宋康昊、林时完、吴达秀主演的剧情片《辩护人》上映，郭道元因饰演反派警监“郭秉奎”而获得第50届韩国百想艺术大赏电影类奖项-最佳男配角提名，第51届韩国电影大钟奖最佳男配角提名。
2014年，与崔胜贤、申世景、李哈妮等共同参演由姜炯哲执导的犯罪电影《老千2-神之手》，饰演神秘人物“张东植”。
2016年，与黄政民、千禹熙以及日本演员国村隼主演了罗宏镇导演的悬疑电影《哭声》，郭道元饰演相信科学搜查方法，但面对诡异事件毫无头绪的警察。
2016年12月，与郑雨盛合作出演杨佑硕导演的新作《钢铁雨》。
