2004年10月，出演作家海巖的監獄題材劇《深牢大獄》，飾男一號劉川。
2005年11月，周一圍參演全景式反映滇西抗戰劇《滇西往事》，飾英勇無畏的諜報人員章子雄。
2006年6月，在趙薇主演的情感劇《謝謝你曾經愛過我》中飾侯志杰；周一圍在都市愛情倫理片《真情無限之繼母》中的李大宇。
2007年，在北京保利劇院落幕的“2006娛樂大典”上，周一圍獲得了“電視劇年度最佳新人獎”；5月，與楊若兮、修宗迪領銜主演國內第一部全面反映樓市商戰的《樓王之謎》，飾演具有雙重性格的復仇者童瞳；9月，周一圍在描寫上個世紀80年代那一段青蔥歲月的懷舊故事《空巷子》中飾熱忱自信的陳大明。
2009年，在歐陽震華主演的古裝神話劇《天師鐘馗》中飾潘文杰；4月，與田中裕子、殷桃聯袂主演清宮戲《蒼穹之昴》，周一圍在劇中飾演梁文秀；同年，主演人物歷史劇《孔子春秋》，飾孔子的徒弟子貢。
2010年，與林心如、李依曉共同參演都市情感劇《獨家披露》，飾祝五一；8月，出演建黨90周年獻禮影片《建黨偉業》，飾愛新覺羅.載灃；9月，參與穆德遠執導的紅色獻禮劇《中國1921》的拍攝，飾邵飄萍；11月，周一圍在建黨九十周年獻禮影片《湘江北去》中出演學者胡適；同年，周一圍主演公益電影《盲人電影院》，扮演了剛畢業的大學生陳語。
2011年，參演林心如工作室出品的古裝宮廷戲《傾世皇妃》，周一圍飾演柴榮王子；5月，搭檔楊若兮、楊童舒聯袂主演兵團情感戲《像兄妹一樣手拉手》，飾演宣傳干事賈正軍；6月，參演了辛亥革命一百周年獻禮影片《國父孫中山》，在該片中挑戰“革命反派”陳炯明；10月，拍攝了由劉偉強導演、陳可辛監制的武俠電影《血滴子》，飾殺手布喀；11月，客串都市勵志劇《囧人的幸福生活》，周一圍飾文杰；12月，拍攝以民國時期棗莊煤礦為基本背景的歷史劇《獨有英雄》，塑造了從角兒向實業救國的企業家蛻變的馬玉郎。
2012年，在黃力加執導的都市家庭劇《妯娌的三國時代》中飾戴寧；8月，出演了譚朗昌執導的都市情感劇《戀愛的那點事兒》，塑造了溫暖癡情不吝付出的“螢火男”竇楠一角；10月，出演由任鳴指導的現實主義題材話劇《明天》；11月，參與由周渝民、劉詩詩共同主演的愛情電影《回到愛開始的地方》，在片中塑造了高富帥好男人程志遠；與馬蘇共同主演年代懸疑電視劇《烈焰》，飾演刑濤桀驁不馴、做事果斷的邢濤。
2013年，主演了李云亮執導的改編自網絡軍事作品的《遍地狼煙》，周一圍飾中衫正；6月，在路陽執導的浪漫武俠電影《繡春刀》，周一圍飾丁修；同年，與張鐸、朱丹、黃小蕾共同出演內地首部律政作品《金牌律師》，周一圍飾演的“痞子律師”蘇東。在電視劇《紅色》中飾演小巡捕“鐵林”。
2014年，搭檔苗圃，拍攝了都市輕喜劇《香火》，扮演婦產科醫生金麒麟；9月，主演由余丁執導的大型情感劇《兩個女人的戰爭》，飾演男主角齊偉。
2015年，主演傅東育執導的歷史傳奇劇《少林問道》，飾演總督之子程聞道。
2016年，參演由曹盾執導的東方魔幻史詩巨制《九州·海上牧云記》，飾演碩風和葉；12月，參演的電影《你好，瘋子》和電影《少年》上映。
2017年，其主演的影片《我不是藥神》舉行關機發布會；7月，拍攝根據付遙同名小說改編的國內首部互聯網創業題材電視劇《創業時代》，飾演另一位創業者羅維，18日，拍攝原創文化探秘節目《七十二層奇樓》。2017年參演電影《鮫珠傳》，飾演郡王；同年參演電影《建軍大業》，飾演南昌守備團團長陳峰；2017年10月，參加浙江衛視《演員的誕生》，摘得年度總冠軍。2017年11月11日，由周一圍等人主演的馬伯庸小說改編電視劇《長安十二時辰》在象山影視城宣布開機。
2018年，由周一圍監制的短片《媽媽都是膽小鬼》上映；19日，參加《快樂大本營》節目錄制。
2018年，受邀參加2018年中央廣播電視總臺中秋晚會。同年，作為故宮文創新品開發員參加北京衛視文化創新類真人秀節目《上新了·故宮》；2月4日，2019年中央廣播電視總臺春節聯歡晚會，周一圍與閆妮、吳海龍、張維威、沈月、李棟、李佳旭表演小品《辦公室的故事》。9月，錄制場景式讀書節目《一本好書第二季》。
2020年，與秦海璐、張智霖等主演的電影《掃黑行動》開機。12月，在上海上音歌劇院主演影音劇《芯上人》，扮演一名想要改變人類命運的科學家；11月24日，周一圍、袁姍姍、曹曦文、遲嘉等演員領銜主演的都市懸疑網劇《煥臉》播出，在劇中飾演落魄醫生潘啟文；12月24日，主演的抗日諜戰劇《風聲》在北京衛視播出，在劇中飾演龍川肥原。
2021年，與章子怡、楊祐寧主演的古裝歷史劇《上陽賦》在優酷視頻播出。
上陽賦 2021-1-9 飾演蕭綦 導演侯詠、程源海 主演章子怡、于和偉
風聲2020-12-24 飾演龍川肥原 導演李云亮 主演徐璐、文詠珊、楊祐寧
煥臉 2020-11-24 飾演 潘啟文 導演沙海龍 主演袁姍姍、曹曦文
在一起2020-9-29 飾演譚松林 導演張黎、韓曉軍 主演張嘉益、譚卓
新世界2020-01-13 飾演高成亮（高醫生） 導演徐兵 主演孫紅雷、張魯一、尹昉
長安十二時辰 2019-06-27 飾演龍波 導演曹盾 主演易烊千璽、雷佳音
愛上你治愈我 2019-04-17 飾演frank（特別出演） 導演曹盾 主演竇驍、苗苗、金士杰
你和我的傾城時光 2018-11-13 飾演林莫臣 導演張峰 主演趙麗穎, 金瀚。俞灝明，曹曦文
創業時代 2018-10-12 飾演羅維 導演安建 主演黃軒、楊穎、宋軼
武動乾坤之冰心在玉壺2018-10-11 飾演周通 導演張黎 主演楊洋、張天愛、吳尊、王麗坤
武動乾坤之英雄出少年2018-08-07 飾演周通 導演張黎 主演楊洋、張天愛、吳尊、王麗坤
畫江湖之不良人2018 飾演袁天罡（客串） 導演伊崢 主演毛曉彤、郭曉婷、楊旭文
勇者勝 2017-12-26 飾演楊峰火 導演孫文學 主演戰菁一、尹鑄勝、呂一
九州·海上牧云記2017-11-21 飾演碩風和葉 導演曹盾 主演黃軒、竇驍、徐璐
少林問道2016-05-30 飾演程聞道 導演傅東育 主演郭京飛、是安、郭曉婷、何賽飛
兩個女人的戰爭2015-08-25 飾演齊偉 導演余丁 主演柳巖、毛林林、任東霖
香火 2015-05-19 飾演金麒麟 導演張自強、高寒 主演苗圃、韓童生
獨家披露2014-12-25 飾演祝五一 導演高希希 主演林心如、李依曉、于濱
紅色2014-08-28 飾演鐵林 導演楊磊 主演張魯一、陶虹、劉敏
金牌律師2014-06-23 飾演蘇東 導演傅東育 主演張鐸、朱丹、黃小蕾
掃黑行動2021-1 飾演- 導演林德祿 主演秦海璐、張智霖
勇敢的你 2021 飾演王義杰
解放·終局營救 2019 飾演蔡興福 導演李少紅、常曉陽 主演鐘漢良、王鏘、鐘楚曦
我不是藥神 2018-07-05 飾演曹斌 導演文牧野 主演徐崢、王傳君、章宇、譚卓
鮫珠傳2017-08-11 飾演郡王 導演楊磊 主演王大陸、張天愛、任達華
建軍大業2017-07-28 飾演陳峰 導演劉偉強 主演劉燁、朱亞文、黃志忠
繡春刀II：修羅戰場 2017-07-19 飾演丁修 導演路陽 主演張震、楊冪、張譯、雷佳音、辛芷蕾
你好，瘋子！2016-12-30 飾演李正 導演饒曉志 主演萬茜, 王自健
少年2016-12-16 飾演申哥 導演楊樹鵬 主演歐豪、張譯、余男、郭曉東
愛情麻辣燙之情定終身 2016-03-08 飾演高東華 導演肖飛、征長張 主演何潤東、秦昊
繡春刀2014-08-07 飾演丁修 導演路陽 主演張震、劉詩詩
回到愛開始的地方2013-08-23 飾演程志遠 導演林孝謙 主演周渝民、劉詩詩、劉蕓
血滴子2012-12-20 飾演布喀 導演劉偉強 主演黃曉明、李宇春、阮經天
國父孫中山2011-09-30 飾演陳炯明 導演王才濤 主演邱心志、聶玫、韓庚
湘江北去2011-06-10 飾演胡適 導演陳力 主演保劍鋒、周冬雨、錢楓
建黨偉業2011 飾演載灃 導演韓三平、黃建新 主演劉燁、馮遠征、張嘉譯
盲人電影院2010 飾演陳語 導演路陽 主演劉園園、王勁松、金世杰
國球女孩2008 飾演秦海濱 導演田禾 主演張檬、郭凱敏
叢林無邊2004 飾演徐副官 導演鄭克洪 主演崔林、李馨雨、萬思維
2018 ? ?《演員的誕生》總冠軍 ? ? （獲獎）
2017 ? ?GQ年度最受期待男演員獎 ? ? （獲獎）
2007 ? ?獲新浪網絡盛典年度新人 ? ? （獲獎）
2006 ? ?獲娛樂大典年度最佳新人 ? ? （獲獎）
2017-12 ? ?第8屆澳門國際電視節最佳男配角獎 ? ? 海上牧云記 ? ?（提名）
在拍攝《回到愛開始的地方》時，周一圍是個非常懂得照顧演員，懂得演員的需要這么一類人，他會在對戲時知道動作什么樣的動作、臺詞和節奏可以讓這場戲更容易傳達出驚悚之外，也讓對戲的演員好接，不那么尷尬。（網易娛樂評）
周一圍在演藝圈中，熒屏內外，都是正統的“非主流”，低調內斂，潛心鉆研，勤于思考，有著從老一輩藝術家傳承下來的務實和進取。（搜狐娛樂評）
周一圍就是這樣一個沒有娛樂精神，卻熱愛表演，用心塑造角色，一個哲人式的演員。（騰訊網評）
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