2006年經朋友鼓勵他參加了東方衛視的“加油，好男兒”演藝選秀比賽，獲得武漢賽區冠軍、全國7強、全國網絡人氣冠軍出道，12月考入了北京電影學院，[1]並主演了電影《異度公寓》並取得不錯的票房成績。同年年底發行首本個人寫真集《宇你在一起》。
2007年發行第一張唱片《宇光十色》，其主打歌《該死的溫柔》更是獲得了近1500萬次的下載量，同年登上CCTV中秋晚會舞台，並演唱歌曲《該死的溫柔》 。
2008年再次登上CCTV中秋晚會他與許慧欣合唱《潛海姑娘》，2月發行第二張唱片《飛》並獲得“推薦唱片”獎，[2]6月拍攝了《青衣》mv，馬天宇一人飾四角，分別是青衣、老生、現代歌手、民國少年。專輯中的歌曲《眨眼》獲得中國歌曲排行榜週冠軍，並獲得中歌榜季度金曲，主打歌《依然在一起》連續數週蟬聯中國歌曲聯播榜冠軍。 《青衣》在中國TOP排行榜新歌上榜便進入前三名，在亞太音樂榜、音樂先鋒榜等榜單都曾位於前三甲[3]。同年並發行第二本個人寫真集《依然在一起》。
2008年移動公司總計舉辦了百場移動歌友會，其中馬天宇移動歌友會佔25場。湖北移動公司更將「馬天宇黃岡歌友會」作成教材供湖北各地市移動公司學習。 12月馬天宇入選CCTV-4《中華情》節目推出“紀念改革開放30年特別節目”—《歲月如歌》“偶像篇”，他是唯一一位選秀出身的歌手。
2009年他第三次登陸CCTV中秋晚會，演唱歌曲《我一見你就笑》，1月推出轉型的新單曲《夜上海》，在各大電台打榜中又取得驕人的成績[4 ]，4月主演了古裝電視劇《黛玉傳》劇中飾演賈寶玉，10月馬天宇帶著歌曲《該死的溫柔》入選《歲月留聲·中國唱片60年見證》，此大型音樂紀錄片將邀請國內多位歌唱表演藝術家參與，並在中央電視台播放。
2010年2月16日於CCTV3《百花迎春中國文學藝術界2010春節大聯歡》演唱《彎彎的月亮》，5月與唐人電影合作的新概念武俠大戲《怪俠一枝梅》飾演賀小梅。 9月推出EP《月光晴朗》，一直忙碌於影視劇拍攝工作的馬天宇在2010年12月帶來自己的EP《自言自語》。
2011年遠赴西藏、尼泊爾等地拍攝寫真集，發行第三本個人寫真集《印·馬天宇·西區》，2月7日參加中央衛視 《2011文學藝術界新年聯歡》。 [5]
馬天宇
2012年演出《寶貝媽媽寶貝女》飾演「腹黑男」章漢哲，在6月15日奪得全國衛視黃金時段電視劇收視冠軍。同年《軒轅劍之天之痕》在湖南衛視播出，劇中飾演呂承志。 [6]
2013年，拍攝《少年神探狄仁傑》，飾演王元芳，因如玉公子形象俘虜大批粉絲。同年與韓雪合作拍攝《淑女之家》，與鄭爽二度合作《美人私房菜》，友情客串林心如主演《秀麗江山之長歌行》；12月21日在西單大悅城發行了第四張個人專輯《世界之外》。 [7]
2014年7月2日，主演仙俠魔幻偶像劇《古劍奇譚》在湖南衛視鑽石獨播劇場播出，飾演方蘭生/晉磊。 9月搭檔鄧家佳、陳偉霆主演電視劇《緣來幸福》。 2014下半年接連主演了《花邊教主》《功夫婆媳》《毛丫丫被婚記》。 10月發布了自己的首本寫真旅行日記《轉機》。同年發布了《蘭鈴曲》及《納西索斯》兩首單曲。 [8]
2015年3月參加東方衛視明星真人秀旅行節目《花樣姐姐》並演唱主題曲《讓時光在微風中倒流》[11]，與劉濤合作主演《淘婚記》。 7月參演《萬萬沒想到》大電影，飾演慕容白，演技驚艷。 8月搭檔馮紹峰主演電視劇《幻城》。 [12]
2016年2月，參加2016年中央電視台春節聯歡晚會，與郭冬臨、關曉彤、劉亞津表演小品《是誰呢》。 [10]11月，獲「2016百度娛樂年度人物」稱號[13]。 12月4日，與鄭爽合作主演的古裝劇《美人私房菜》在浙江衛視、安徽衛視播出，在劇中飾演忠義大將軍李馬 [14]。
2017年1月16日，獲得「2016微博之夜」年度突破演員獎 ；1月20日，現代情感劇《涼生，我們可不可以不憂地》殺青，在劇中飾演深情專一的涼生。 1月27日，在2017年中央電視台春節聯歡晚會上，與關曉彤演唱歌曲《帶上月光上路》。 3月8日，《幻城》番外篇《幻城凡世》首播，在劇中飾演馬天賜[15]；同月，與王凱、王大陸合作演出電影《英雄本色4》[16]。 3月底，主演三國題材權謀古裝劇《三國機密》，飾演劉協和劉平 [19]；6月29日，憑藉自傳寫真集《我本浪人》，榮獲第11屆作家榜第一名；7月14日，確認出演電視劇《悲傷逆流成河》，飾演男主角齊銘；[20]7月28日其參演的《建軍大業》在中國大陸上映；12月31日，參與「2018夢圓東方跨年盛典”，與王凱、王大陸共同演唱歌曲《當年情》，獨唱《手花》和《我只在乎你》。 [18]
2018年1月18日，其主演的警匪題材電影《英雄本色2018》在中國大陸上映[21]，在片中飾演正義又執著的警察週超；3月27日，三國題材權謀古裝劇《三國機密之潛龍在淵》在騰訊影片上線，馬天宇在劇中飾演漢獻帝劉協和弟弟劉平。 7月，演出科幻情感劇《完美芯機人》，飾演男主角李遙 。 2018年9月17日，主演的電視劇《涼生，我們可不可以不憂傷》在湖南衛視播出，在其中飾演涼生，並演唱片尾曲《生生不息》。 [22]
2019年，演出電視劇《你好，安怡》；6月18日，馬天宇與姐姐馬莉莉一同參加的國內首檔手足觀察類節目《我們長大了》在騰訊視頻正式上線，他作為成長觀察團成員對孩子進行無幹預的觀察與分析。 7月1日，電視劇《流淌的美好時光》首播，飾演男主角齊銘。 [26]