1997年，15岁的藤原龙也在蜷川幸雄执导的舞台剧《身毒丸》主演甄选中从5537名候选者中脱颖而出，成为男主角身毒丸的扮演者，首次公演即在戏剧发源地英国伦敦。9月，藤原龙也在《身毒丸》排练中，中学踢球时的旧腰伤发作，仍坚持带伤排练，并前往伦敦举行公演。伦敦公演最后一天的前一天，腰伤恶化，于是急忙找人代演了白天的公演。晚上准备继续找人代演时，知道情况的藤原向导演蜷川幸雄请求无论如何也要站在舞台上。最后蜷川幸雄让步，让代演的演员在后台待命，同意藤原带伤登上舞台。
2000年，藤原龙也获得导演深作欣二赏识，在恐怖惊悚片《大逃杀》中扮演男主角七原秋也一角，他凭借该剧获得第27届日本学院奖优秀男主角奖。
2003年，在舞台剧《哈姆雷特》中饰演哈姆雷特，获得日本戏剧界五大奖项，获得第38届纪伊国屋话剧奖个人奖、第3届朝日舞台艺术奖、寺山修司奖、第11届读卖话剧大奖、杉村春子奖的优秀男演员奖。
2004年，出演大河剧《新选组!》，扮演历史上真实存在的剑术天才冲田总司。同年，主演蜷川幸雄执导的舞台剧《罗密欧与朱丽叶》，饰演罗密欧，在东京公演舞台剧时，藤原龙也的腰伤再次恶化，特别是12月11日的公演后，腰伤严重到完全无法抬脚的程度。不过在推拿师的治疗下第二天有所恢复。
2005年，主演蜷川幸雄执导的舞台剧《近代能乐集～弱法师》，受到美国林肯中心艺术节邀请，作为日本代表在纽约RoseTheater公演。
2006年，在推理剧《古畑任三郎》新春完结篇第一集中饰演堀部音弥，当时年仅23岁的他打破了木村拓哉的纪录。同年，在动漫真人化电影《死亡笔记》中饰演主人公夜神月。9月至11月，主演蜷川幸雄执导的舞台剧《俄瑞斯忒斯》，饰演俄瑞斯忒斯，由于采用了舞台上降雨的表现形式，演员的发声必须压过雨水声，对嗓子造成了巨大的负担。排练中藤原一度失声，嗓子完全发不出声音，为了治疗嗓子而服用了含激素的药物，导致面部和身体浮肿，这种身体状况一直延续到2007年。
2007年，2月6月间暂停工作，在伦敦留学，学习英语和西方舞台剧。8月至9月出演英国皇家莎士比亚剧团首席副导演GregoryDoran导演的舞台剧《威尼斯商人》，饰演巴萨尼奥，三度出演莎士比亚作品。
2008年，藤原龙也在美国华盛顿肯尼迪中心再次演出成名作《身毒丸》，这是藤原龙也继2002年公演后时隔6年再次扮演身毒丸。并在同年3月至4月间再次在日本彩之国埼玉艺术剧场公演。
2009年，3月至4月主演蜷川幸雄执导的舞台剧《武藏》，饰演宫本武藏。12月至次年1月，出演英国皇家莎士比亚剧团GregoryDoran导演的日英合作舞台剧《按针ANJIN》，饰演Domenico，他在剧中70%的台词为英文台词。为了演好该剧，藤原于6月至8月间再次前往伦敦留学。
2010年，藤原龙也主演的舞台剧《武藏》被选为在伦敦举行的世界级舞台剧盛典的开幕式作品以及在纽约召开的舞台艺术盛典林肯艺术节的开幕作品，于5月和7月分别在英国伦敦和美国纽约的林肯艺术中心举行了公演。同年，与绫濑遥、石原里美联合主演惊悚电影《算计：7天的死亡游戏》中，饰演时薪11万2千日元实验的参加者结城理久彦。
2011年，主演以激荡的明治维新时代为舞台的动作剧情剧《最后的报复》，扮演日本最后复仇者，该片改编自作家吉村昭的小说《讨敌》。2013年，藤原龙也与冈田将生联手主演犯罪剧《ST警视厅科学特搜班》，扮演赤城左门。
2014年，担任由大友启史执导的真人版动漫电影《浪客剑心：传说的完结篇》，扮演剑心的宿敌志志雄真实；1月，参演爱情医疗片《上帝的处方2》，首次挑战医生；3月，与田中圣、中岛美嘉出演喜剧犯罪片《三分之一》，饰演夜店经理修；5月，还与山田孝之合作主演恐怖惊悚片《怪物》，扮演仅凭眼神可以操控周围人思想与行动的“超人”，该片翻拍自韩国影片《超能力者》；7月16日，与冈田将生、志田未来联袂主演的电视剧《ST红与白的搜查档案》播出。
2015年，藤原龙也与中山裕介、小泽征悦联袂主演由荒木源同名小说改编的丛林探险电影《探险队的荣光》，饰演探索未知生物的探险队队长；同年，在剧场版《宠物小精灵XY剧场版光轮的超魔神》中担任声优，继《借东西的小人阿莉埃蒂》之后，时隔5年再当声优。
2016年3月19日，与有村架纯合作主演的剧情电影《只有我不在的街道》上映，饰演拥有“再上映”的穿越时空能力的藤沼悟；3月，由其参演的奇幻冒险剧《精灵守护者第一季》播出；7月17日，与玉山铁二、黑木瞳联合主演的悬疑剧《遗失身份》首播，饰演大牌电脑程序开发公司“L·E·D”优秀的程序开发研究员藤堂新一；10月，在天王洲银河剧场开幕的主演舞台剧《鳕鳕》中首次挑战同性恋角色；10月29日，由其出演的悬疑电影《死亡笔记：点亮新世界》上映。
2017年4月14日，由其主演的悬疑剧《反转》播出，饰演从学生时代就有自卑情结深濑和久，该剧改编自凑佳苗的同名小说，他凭借该剧获得第93届日剧学院奖最佳男主角奖；6月10日，与伊藤英明共同主演的犯罪悬疑电影《22年后的自白：我是杀人犯》上映，饰演突然承认自己22年前连续绞杀案真凶的神秘男人曾根崎雅人，该片改编自韩国电影《我是杀人犯》。
2018年，参演舞台剧《雨人》；10月19日，与佐藤健、高桥一生联合出演的剧情电影《亿男》上映，该片改编自川村元气的原作小说；9月7日，参演的剧情电影《爱哭鬼的奇迹》上映；此外，还主演了由蜷川实花执导的电影《Diner噬食者》，饰演天才厨师和原杀手的庞贝罗。
2019年，1月8日其主演的TBS特别剧《新王》播出。参演电影《人间失格》将于9月13日上映。
2020年，主演的电影《赌博默示录3：最终游戏》上映。
