1994年,出演个人首部电视剧《贺龙》,开始演艺生涯。1997年,担任北京电视台《七色光周末版》主持人。2001年,出演古装武侠剧《新女驸马》,饰演性格懦弱的太子。2003年,主演古装武侠剧《剑出江南》,饰演明朝正德皇帝。2005年,出演古装神话剧《聊斋志异之连锁》。
2006年6月,主演青春爱情片《城市上空的鸟》,饰演执着于电影的男孩酱果;9月,出演古装爱情剧《锦衣卫》,饰演身世复杂、游走于官场的杨布衣。同年,与黄海冰、方圆合作主演都市青春剧《幸运者》,饰演热情幽默又喜欢时尚扮酷的冲动男孩陈小原。
2007年,出演都市情感剧《娶你不后悔》,饰演精明中夹杂着柔情的“海归派”商人;同年,主演剧情片《父子神探之神秘数字》,饰演因受刺激而精神异常的梁远。
2009年10月,与林心如、赵鸿飞合作主演古装剧《大祠堂》,饰演天资聪慧、敏而好学但却脆弱多情的谢致相;11月,出演家庭伦理剧《故梦》,饰演清朝末代皇帝溥仪;同年,与张蓓蓓合作主演剧情片《其实不想走》,饰演80后男孩苏阳。
2010年2月,主演古装悬疑剧《神探狄仁杰前传》,饰演忠肝义胆、武艺高强的色子;同年,出演历史传奇剧《李白》,饰演李白一生的挚友李成。
2011年9月,参演历史剧《辛亥革命》,饰演清朝醇亲王载沣;12月,参演历史战争剧《大汉口》,饰演唯利是图、八面玲珑的回民马宪前。
2012年,与徐峥、马苏合作主演都市轻喜剧《大男当婚》,饰演好逸恶劳的极品剩男李文达。2013年,参演现代都市剧《辣妈正传》,饰演不靠谱且经常捅娄子的“坑爹男”帆哥。
2014年1月,主演励志喜剧片《完美超越》,饰演精明干练、腹黑毒舌的职场高管王经理;2月,与宋丹丹合作主演都市轻喜剧《美丽的契约》,饰演毫无恋爱经验的宅男设计师田方;3月,出演古装探案剧《长安三怪探》,饰演痴情的太学院学生林昌嗣;12月,参演古装武侠剧《神雕侠侣》,饰演杨过的师傅赵志敬。
2015年4月,与唐曾、毕彦君合作主演当代都市剧《爱你一生》,饰演贪婪、极富心机的于百家;7月,出演都市情感剧《加油吧实习生》,饰演JM公司的高管黄晓峰。
2016年2月17日,主演的古装武侠剧《五鼠闹东京》开播,他在剧中饰演“四鼠”蒋平;同月22日,出演于正编剧的民国奇幻爱情剧《半妖倾城》,饰演女主聂倾城的父亲聂如风。9月,出演由鹿晗、娜扎领衔主演的古装奇幻电视剧《择天记》,在剧中饰演陈数的得力干将周通一角。10月24日,根据丁墨同名小说改编的犯罪悬疑网络剧《美人为馅》登陆爱奇艺首播,王茂蕾在剧中一人分饰三角,在剧中饰演了精神分裂症患者朱教授,助手刘助理及爱人莉香三种不同人设的角色。
2017年,参演电视剧《浪花一朵朵》,饰演孙不凡。同年,在《凤囚凰》中饰演马忠良;《军师联盟》中饰演无奈昏懦的汉献帝;古装宫廷剧《延禧攻略》中饰演袁春望。