曹磊2000年,出演个人首部电视剧《非常公民》,在剧中饰演与皇后婉容相恋的侍卫李忠,从而进入演艺圈。2005年,在王志飞,秦沛,温兆伦等领衔主演的缉毒剧《无国界行动》中饰演福建省禁毒总队侦察科长邢浩；同年,与王刚合作中央电视台出品的电视剧《玉碎》,并在剧中首次饰演反派李穿石。2006年7月,出演朱江华执导的爱情都市青春电影《爱情没有顺风车》,在片中饰演花店老板周大力。2007年1月,参演革命战争剧《老柿子树》并饰演学生领袖李继光,3月,出演婚恋伦理剧《守候幸福》,在剧中饰演许中冕的儿子许伯洪,5月,参演故事生活剧《父辈的旗帜》饰演教师祝英杰；8月,与孙菲菲,叶璇合作的都市电视剧《叫一声妈妈》播出,在剧中饰演实习老师龚克。2009年,与秦海璐合作抗战电视剧《松花江上》并饰演抗日英雄彭兴华；同年,与金玉婷合作都市参演爱情剧《剩女的嫁衣》并饰演善良而细心的医生顾恩慈。2010年11月,与李君峰合作的电影《虎头要塞之一封未发出的信》上映,在片中饰演劳工赵大林。2011年,与夏雨合作历史民俗剧《杨柳青》播出,并在剧中饰演方家大儿子方佩仁；同年,与于荣光,朱泳腾合作军旅情感剧《牧马人》播出,并在剧中饰演知识青年陆志强。2012年12月,与傅淼合作年代励志电视剧《香水佳人》播出,在剧中饰演石岐镇县令的儿子陆长远。2013年6月30日,参演工业题材电视连续剧《大路上》开机,在剧中饰演技术骨干徐光学。同年10月22日,与于震,安以轩合作年代爱情电视剧《边关烽火情》播出,在剧中饰演儒雅睿智地下党员何少怀。2014年9月,与于毅,周扬合作抗日电视剧《绝地枪王》播出,并在剧中饰演抗联政委张玉成；同年10月,与刘烨,陈宝国合作近代历史剧《北平无战事》播出,在剧中饰演忠于党国的王副官。2015年12月,与杜雨露,于晓光合作民族史诗剧《鄂尔多斯风暴》播出,在剧中饰演假王子桑杰。2016年5月,出演的传奇抗战剧《绝地枪王二松花江上的枪声》播出,并在剧中饰演反派余本州；同年11月,与王笛,邱胜翊合作女子抗战题材电视连续剧《雪地娘子军》播出,在剧中饰演脾性火爆颇有心计的黄二虎。2017年6月22日,与吴秀波,于和伟合作的三国历史题材古装电视剧《大军师司马懿之军师联盟》播出,在剧中饰演曹操的谋士郭嘉；12月20日,主演电视剧《觉醒》在横店杀青,饰演童飞。《军师联盟》郭嘉2019年9月12日,参演电影《一切如你》上映。2020年12月20日,参演的改革开放献礼剧《大江大河2》播出。2021年1月12日,参演的脱贫攻坚剧《山海情》播出,在剧中饰演王区长,王镇长；2月1日,主演的近代革命剧《觉醒年代》开播,饰演鲁迅；3月20日,主演的古装历史剧《大宋宫词》开播,剧中饰演苏义简；5月4日,出演的建党百年献礼剧《理想照耀中国》开播,饰演江流；5月24日,主演电视剧《平安扣》播出；在5月25日,出演的重大革命历史题材剧《光荣与梦想》在北京卫视,东方卫视及腾讯视频,爱奇艺,优酷同步播出,剧中饰演聂荣臻；8月25日,《最酷的世界》播出,在剧中饰演殷智尧；11月22日,参演的涉案剧《民警老林的幸福生活》播出,饰演陈林；参演电视剧《大决战》。2022年4月,特邀主演的《无负今日》正式启动；5月23日,参加中央广播电视总台为纪念延安文艺座谈会80周年而推出的文化节目《从延安出发》；6月7日,主演的都市情感轻喜剧《林深见鹿》播出；8月10月,电影《无负今日》阵容官宣,曹磊特邀主演；8月28日,参加大型文化节目《诗画中国》；9月10日,参演电影《无负今日》播出；9月19日,参演的电视剧《底线》播出；9月24日,参加的综艺节目《点击里的中国2》播出,饰演青年毛亨。10月12日,参演的纪录片《这十年幸福中国》上线；12月23日,参演电视剧《破晓东方》播出。2023年1月20日,参加《喜气洋洋合家欢—2023东西南北贺新春》,与黄小蕾演唱《在一起就好》；1月24日,参演《奋进新征程——2023中国网络视听年度盛典》,表演XR舞蹈秀《这十年·幸福中国》；3月24日,参加《第十一届大学生电视节》；3月26日,参加第十一届中国大学生电视节闭幕式；3月30日,主演的电视剧《无间》播出；7月6日,参演的电视剧《另一种蓝》官宣开机。
2021年12月29日,当选中国电视艺术家协会演员工作委员会委员。
曹磊曹磊在《大军师司马懿之军师联盟》中,将郭嘉随性不羁性格表现的淋漓尽致,使人物形象既不很突出也没有淹没在众多三国人物中。曹磊有着出众的演技,阳光健康的外形,通过多年的演技磨练和经验积累走入了大众的视野,成为了当之无愧的实力派演员。从早期的作品《松花江上》,《北平无战事》到《绝地枪王》系列,曹磊参与了几十部影视作品的拍摄,这些作品角色类型多样,角色的身份和年龄跨度也相当之大,但曹磊总能把人物角色感觉拿捏的恰到好处,展现出不俗的演技功底。曹磊饰演的鲁迅,得到了许多观众的认可,有观众在社交媒体上给曹磊留言评论：你演出了我心目中的鲁迅。具体到鲁迅这个人物的塑造,曹磊很谦虚,说关于人物的案头工作是分内之事。《觉醒年代》中鲁迅的戏份都是画龙点睛的部分,鲁迅创作《药》《狂人日记》的过程被巧妙地融入剧情中。鲁迅先生房前的枣树是剧组专门从外地买来种在院子里的,鲁迅时常拿在手上的刻刀,因为经常抽烟而熏黄的手指,则是曹磊在仔细揣摩过角色后专门保留的细节。