2008年,出演林俊辰执导的青春互动偶像剧《苏菲日记》,在剧中饰演温柔浪漫的护花使者肖楠,这是他的首部影视剧作品,从而正式进入演艺圈。
2010年10月20日,其主演的革命历史剧《毛岸英》在CCTV-1首播,而他在剧中则饰演了毛泽东与杨开慧的儿子毛岸青,并因此受到关注。
2011年,与林熙越、闵春晓、张琛合作主演年代传奇剧《纸船明烛照天烧》,在剧中饰演血防大队医生来怀沙;随后,出演了花箐执导的家庭喜剧《辣椒与泡菜》,在剧中饰演女主角李猜猜的前男友季风;9月23日,其出演的革命战争电影《辛亥革命》上映,而他在片中则饰演了清末革命家吴玉章;同年,出演漆锐执导的都市时尚网络剧《新拼住时代》;之后,与万弘杰、章婷婷、陈伟栋合作主演青春励志剧《警校生》,在剧中饰演身手矫健的狙击手段黎;此外,他还出演了张泽鸣执导的爱情电影《非常之恋》,并在片中饰演了帅气多金的男主角五一。
2012年,出演陈健执导的谍战剧《伏弩》,在剧中饰演柔情十足却为了个人理想而背离正途的李南,这也是他首次在影视剧尝试反派角色;同年,出演刘毅然执导的年代传奇剧《牦牛岁月》,在剧中饰演红军连长杨大勋;之后,出演杨阳执导的都市情感剧《今夜天使降临》。
2013年,出演黄明升、马华干执导的民国传奇剧《城市猎人》,在剧中饰演伪造高手范洪龄;同年,与Nichkhun、徐璐、蒋劲夫合作主演中韩合拍的校园青春情感剧《一又二分之一的夏天》,在剧中饰演经济管理系大三学生马俊才。
2014年5月23日,魏大勋正式签约杰伟品文化成为旗下签约艺人;同年,与范逸臣、毛晓彤、杨洋合作主演励志爱情电影《我是奋青》,在片中饰演老实敦厚的蹭住男何西;随后,出演黄琇娥执导的剧情电影《握紧你的手》,在片中饰演因找不到工作而来到农村当村官的男主角李刚;同年,与陈伟霆、唐艺昕、冉旭合作主演家庭情感剧《因为爱情有幸福》,在剧中饰演女主角路小楠的表弟欧阳天宇,与唐艺昕饰演一对姐弟。
2015年7月10日,其主演的青春校园电影《栀子花开》上映,在片中饰演男主角许诺的好兄弟张在昌;之后,出演王利兴执导的谍战剧《灰雁》,在剧中饰演看上去冷酷无情、实则重情重义的男主角张子墨;11月,获得“亚洲影响力·东方盛典”最具潜力新人奖。
2016年1月,参加江苏卫视明星恋爱真人秀节目《我们相爱吧第二季》;同年,与文咏珊、郭雪芙、张籽沐合作主演民国穿越剧《相爱穿梭千年2:月光下的交换》,在剧中一人分饰二角,分别饰演了帅气多金且风流倜傥的世亨集团公子哥孙祺龙、沉稳儒雅且身手了得的青月西餐厅老板张志刚;11月20日,作为固定嘉宾参加的湖南卫视建构式喜剧真人秀节目《头号惊喜》首播;之后,出演白客、孔连顺、鞭鞭于白水主演的青春校园励志网络剧《鲜肉老师》,在剧中饰演男主角王格必的死党彪子。
2017年1月,参加的芒果TV推理综艺节目《明星大侦探第二季》播出;2月,参加浙江卫视户外竞技真人秀节目《奔跑吧》义乌站的录制;4月,出演阮惟新执导的都市悬疑推理剧《超感》第一季,在剧中饰演匡扶正义的男主角唐一修;5月,作为补位歌手参加的北京卫视明星跨界音乐节目《跨界歌王第二季》播出;9月22日,作为常驻嘉宾参加的芒果TV明星推理真人秀节目《明星大侦探第三季》开播,并参与演唱了节目主题曲《无罪说》;10月27日,与郭姝彤搭档主演的爱情喜剧电影《因为爱情》上映,在片中饰演对爱情很执着又很纠结的男主角离合;10月28日,其参加的浙江卫视原创喜剧竞演综艺节目《喜剧总动员第二季》开播,最终获得总决赛冠军;11月6日,获得网易时尚年度跨界盛典最具潜力男演员奖;11月22日,获得第14届MAHB年度先生盛典年度新势力偶像奖;12月,与刘亦菲、井柏然、赵立新、刘敏涛等合作主演了民国传奇剧《南烟斋笔录》,在剧中饰演拥有赤子之心的青年才俊赵信执;12月15日,作为风队成员参加的腾讯视频《王者荣耀》实景真人对抗赛节目《王者出击》播出。
2018年2月,作为固定嘉宾参加浙江卫视原创连续剧悬念式户外真人秀节目《二十四小时第三季》;4月10日,由黎志执导、张佳编剧的都市女性镜像剧《北京女子图鉴》首播,魏大勋在剧中饰演陈可依的前男友杨大赫;5月,献唱“五四青年节”特别歌曲《强国一代有我在》,并参演MV;7月2日,与焦俊艳领衔主演的都市悬疑推理剧《青春警事》首播,在剧中饰演正义且自恋的男主角唐一修,并为该剧演唱了片尾曲《无论》;此外,他还特别出演了都市职场剧《平凡的荣耀》。
2019年2月4日,参加中央广播电视总台春节联欢晚会,与韩雪、关晓彤、王嘉、台风少年团共同演唱歌曲《青春畅想》;2月5日,参加湖南卫视“全球华侨华人春节大联欢”晚会,与白凯南、邓男子共同表演了相声《喜从天降》;3月30日,作为固定嘉宾参加的芒果TV实景解密体验秀节目《密室大逃脱》首播;4月,作为毕业生代表参与演唱了中戏版《我爱你中国》;5月2日,参加湖南卫视“新青年耀青春”纪念五四运动100周年文艺晚会,与周冬雨、杨紫、张碧晨、于朦胧共同演唱《强国一代有我在》;5月4日,其参加的《我们都是追梦人——“五月的鲜花”全国大中学生文艺会演》在CCTV-1播出,与杨幂共同演唱歌曲《青春畅想》;与此同时,其作为“青春领航员”参加的浙江卫视文化旅游探索类节目《青春环游记》开播;6月18日,作为嘉宾观察团参加的腾讯视频二胎关系纪实真人秀节目《我们长大了》首播;7月18日,与彭昱畅、王大陆联袂主演的喜剧电影《小小的愿望》上映,在片中饰演高远的死党张正阳;8月2日,作为固定嘉宾参加的爱奇艺观察类真人秀节目《做家务的男人》首播;9月20日,参与原创青春燃动竞技秀节目《头号大玩家》;10月,入围第六届“中国电视好演员”绿组男演员候选名单;11月15日,魏大勋主演的爱情电影《大约在冬季》上映;12月31日,与张子枫、白百何合作主演的电影《亲爱的新年好》上映,在片中饰演仲要。
2020年1月17日,魏大勋在中央广播总台网络春节联欢晚会上除了与郁可唯等表演开场歌舞《我的新年新愿》外,还演唱歌曲《这个年纪》。1月24日,在《2020年中央广播电视总台春节联欢晚会》与乌兰图雅、凤凰传奇、杜江、王鸥出演歌舞《锦绣小康》。