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》（又名《枯木逢春》），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》（又名《拼居》）；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》（原名《春天里》），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。