1998年，與徐靜蕾、李亞鵬主演青春偶像劇《
將愛情進行到底》走入觀眾視線，劇中飾演才華橫溢、對愛執(zhí)著的樂言，因質樸本色的表演被觀眾稱為“大眾女婿”。
2000年，主演電視劇《欲望阻擊》，飾演男主角丁曉雷。同年，主演電視劇《讓愛作主》，飾演肖天海；出演電視劇《彩票夢》，飾演韋家貴。
2001年，主演家庭暴力題材電視劇《不要和陌生人說話》，憑借“安嘉睦”一角成名，并榮獲“中國電視藝術雙十佳演員”獎；同年，與徐靜蕾、李小璐、夏雨等人共同出演愛情偶像劇《天空下的緣分》，在其中一個故事中飾演男主角"李拓"；主演電影《秋天的流星雨》。
2002年，主演緝毒題材電視劇《
絕對控制》，飾演正義、倔強而富有激情的“薛冰”，憑借精彩的表演獲封“警察專業(yè)戶”。同年主演電視劇《生死之戀》，飾演男主角高君宇。同年與何潤東、沈傲君等人共同出演電視劇《四大名捕斗將軍》，劇中飾演“鐵手”一角。同年10月，與李亞鵬、周迅主演電視劇《海灘》，劇中飾演王小兵。同年主演電影《暖冬》。
2003年，出演都市情感劇《青鳥的天空》，飾演男主角彭衛(wèi)宇；在電視劇《福星高照豬八戒》中飾演單純而癡情的牛魔王。同年，主演電視劇《天涯追殺令》，飾演夏侯雄。
2004年，在電視劇《凌云壯志包青天》中出演包拯一角；在央視大劇《
七劍下天山》中飾演青干劍楊云驄。同年出演電視劇《月上江南》，飾演司徒劍。
2005年，攜手袁泉出演央視一套開年賀歲劇《完美》，飾演男主角律師佟言；同年5月，主演電視劇《大阿哥溥俊》，劇中飾演歷史人物溥俊。7月，在電視劇《可可?西里》中再度扮演一名警察；12月，主演電視劇《秘密》，飾演男主角顧海洋。
2006年，主演反特懸疑劇《
羊城暗哨》，獲得南方盛典“2007年度最具人氣男演員”獎；8月，在根據(jù)方方同名暢銷小說改編的電視劇《桃花燦爛》中首次出演眾星捧月的“情圣”。
2007年4月，主演電視劇《大長垣》，飾演男一號牛長遠。7月，主演電視劇《
忘不了》，飾演白志強。9月，出演電影《
命運呼叫轉移》。11月，參演電視劇《傾城之戀》，劇中王學兵突破戲路飾演浪蕩公子唐一元。12月，與張歆藝、李光潔主演醫(yī)療題材電視劇《柳葉刀》，王學兵在劇中出演為人正直、醫(yī)術高明的醫(yī)生“顧明道”。
2008年，在諜戰(zhàn)懸疑劇《迷霧重重》中飾演男主角“陳元地”；主演電視劇《
滇西1944》，飾演馬成龍。
2009年1月，與左小青、劉威等主演少數(shù)民族獻禮劇《金鳳花開》，飾演男主角張東海；4月，主演電影《
高考1977》全國上映，王學兵飾演男主角潘志友，該片獲得第13屆中國電影華表獎“優(yōu)秀故事片獎”。10月，主演獻禮劇《浦江之東》。
2010年1月，出演現(xiàn)代諜戰(zhàn)劇《諜變》，飾演男主角石清澤；4月，主演醫(yī)療題材電視劇《
無影燈下》，王學兵再度扮演一名醫(yī)生蕭克明；在電影《
關云長》中飾演王植；參演電影《
建黨偉業(yè)》飾演“包惠僧”；8月，主演諜戰(zhàn)劇《
暗紅1936》，王學兵首次一人分飾兩角，飾演兩兄弟武仲明和武伯英。
2011年，出演電視劇《
大秦帝國之崛起》，飾演一代戰(zhàn)神“白起”。同年，王學兵跨界發(fā)展，首次擔任導演并執(zhí)導了微電影《堅定的錫兵》，該片榮獲第24屆哈爾濱冰雪電影節(jié)觸電單元"導演風格大獎"，以及中國首屆金微獎?國際微電影節(jié)“最佳創(chuàng)意獎”、第三屆中國國際新媒體短片節(jié)金鵬獎“最佳網(wǎng)絡人氣短片獎”。
2012年2月，主演電視劇《大偵破》，飾演男主角蕭恩；5月，出演高群書執(zhí)導的電視劇《我們的生活比蜜甜》，飾演周二慶。同年，在電影《
聽風者》中扮演“老鬼”郭興中，影片上映后票房累計近2.5億。
2013年3月21日，與美女主播朱丹共同主演的懸疑愛情微電影《石頭剪刀布》優(yōu)酷網(wǎng)上線播出。
2014年，與廖凡、桂綸鎂主演的電影《
白日焰火》榮獲第64屆柏林國際電影節(jié)最佳影片“金熊獎”；參演電影《
北京愛情故事》，王學兵在片中顛覆形象，出演一個事業(yè)有成的“極品渣男”，并憑借該片獲得第6屆澳門國際電影節(jié)“最佳男配角”提名；在劉鎮(zhèn)偉執(zhí)導的電影《完美假妻168》中扮演腹黑賤男“鄭國富”；參演電影《
白發(fā)魔女傳之明月天國》七夕上映。
2014年2月，出演電影《
一個勺子》，憑借“李大頭”一角獲得第51屆臺灣電影金馬獎“最佳男配角”提名，影片定擋于2015年11月20日；3月，出演高希希導演的電影處女作《
露水紅顏》，飾演楊振民，影片于11月7日上映；4月，主演電視劇《
紅色追剿1949》，飾演大土匪向天豹。6月，主演“印象派”喜劇電影《印度奇游》。9月，主演愛情電影《明天我要嫁給你了》。同年，王學兵再度跨界，全新單曲《蜜雪兒de冒險》MV正式首發(fā)。
2014年10月27日，由林兆華執(zhí)導，王學兵領銜主演的話劇《
人民公敵》在北京保利劇院開啟首演，并于11月起在全國近30座城市展開巡演，預計演出規(guī)模將超過100場。此次演出，也是王學兵自1997年出演話劇《保爾?柯察金》之后，時隔17年重新回到話劇舞臺。
2015年9月，公路犯罪電影《
未擇之路》在甘肅敦煌正式開機，王學兵、馬伊P領銜主演。
