2014年9月15日，以UNIQ組合成員身份正式出道；12月，組合獲得尖叫愛奇藝之夜頒獎禮最具期待組合獎。2015年，主演青春勵志電影《夢想合伙人》；同年，隨組合獲得酷音樂亞洲盛典年度內地最佳新人獎和尖叫愛奇藝之夜頒獎禮年度音樂大獎。2016年3月，隨組合憑借歌曲《EOEO》獲得最佳編舞獎；4月29日，正式成為綜藝節目《天天向上》“天天兄弟”成員；12月，領銜主演都市愛情勵志喜劇《人間至味是清歡》

2017年，獲得第十七屆音樂風云榜年度盛典偶像新勢力獎、亞洲影響力盛典最佳新人演員獎以及微博電視影響力盛典年度新銳藝人獎。2018年3月，擔任競演類真人秀節目《創造101》舞蹈導師；4月，領銜主演仙俠古裝劇《陳情令》。9月，主演青春電競電視連續劇《陪你到世界之巔》。

2019年9月，主演古裝劇《有翡》。10月，王一博入選2019福布斯中國30位30歲以下精英榜。2020年5月，主演刑偵涉案劇《冰雨火》。2021年12月1日，領銜主演的古裝懸疑電視劇《風起洛陽》在愛奇藝播出。