胡一天大学毕业后，本过着朝九晚五的生活，此后在朋友的建议下改行进入模特行业，完全没有经过专业培训的他只用了两个月就接拍了多个品牌广告，因一个偶然的机会而被华策**挖掘，由此进入演艺圈。

2016年，胡一天出演《猫的树》系列微电影。同年，他出演由郭敬明监制的青春偶像剧《夏至未至》，在剧中饰演欧俊一角，这也是他的首部**剧作品。

2017年11月，胡一天与沈月领衔主演青春爱情剧《致我们单纯的小美好》，在剧中饰演外冷内热的傲娇医生江辰，并演唱了片尾曲《是梦吧》。12月3日，凭借《致我们单纯的小美好》获腾讯视频星光大赏年度潜力电视剧男演员奖。?

2017年12月11日，湖南卫视正式公布，胡一天确认加盟2017-2018湖南卫视跨年演唱会；12月23日，亮相《快乐大本营》；12月，加盟《二十四小时》第三季。

2018年1月1日，荣获“2017国剧盛典青春网络新生代”荣誉。2月8日，参加2018湖南卫视春节联欢晚会。2月16日，参加“梦圆万家，春满东方”2018东方卫视春节联欢晚会。3月10日，参加综艺节目《快乐大本营》。3月29日，加入《快乐大本营》，担任《下一站是我》的“首席孵化官”。7月15日，参演电视剧《青春须早为》。9月2日，参加综艺节目《新舞林大会》。10月22日，凭借《致我们单纯的小美好》入围第24届华鼎奖中国百强电视剧佳新锐演员奖。

2019年1月11日，获荔枝2018年度盛典“荔枝年度声魅大咖奖”。1月12日，参加的综艺节目《快乐大本营》在湖南卫视播出。同年，参演的电视剧《暗恋橘生淮南》播出，在剧中饰演盛淮南。6月6日，发行合唱单曲《神奇的汉字》。7月9日，主演的电视剧《亲爱的，热爱的》播出，在剧中饰演吴白。8月25日，参加的综艺节目《天天向上》在湖南卫视播出。

2020年1月16日，主演的电视剧《绝代双骄》在央视8套和爱奇艺播出，在剧中饰演花无缺、江枫。3月24日，主演的电视剧《民国奇探》在爱奇艺播出，在剧中饰演路��。5月，参演电视剧《亲爱的挚爱的》，在剧中饰演吴白。6月8日，参加的汉字益智挑战节目《神奇的汉字第二季》定档在湖南卫视播出。9月15日，获第七届中国电视好演员绿组男演员提名。10月，参演电视剧 《小风暴之时间的玫瑰》，在剧中饰演高山。同年，参演电视剧《你好神*手》。

胡一天颜值颇高，清新的独特气质让其在出道之初便给人们留下了深刻印象。他在电视剧《致我们单纯的小美好》中职业造型成熟且简约，校服、白大褂、精致西装轮番上阵，每一种造型尽展清新男神本色，很到位地还原了江辰这一角色、（网易娱乐评）。

胡一天在电视剧《夏至未至》中的惊鸿一瞥给观众们留下了深刻的印象。他外形清新，又是典型的摩羯座性格，外冷内热的特点与他在电视剧《致我们单纯的小美好》所饰演的江辰一角不谋而合，到位呈现国民校草的高冷与傲娇，剧迷纷纷表示他就是人们心里的江辰、像是从书中走出来一样。胡一天还演唱了电视剧片尾曲《是梦吧》，用低音炮嗓音唱出了歌曲背后的深情婉转，剖析出角色的细腻心事，可以说是一个颜艺、演艺、歌艺俱佳的大男孩（腾讯娱乐评）。

2018年6月12日，胡一天被*料于横店某酒店夜会女性，二人在同一房间长达四个小时，与此同时，疑似二人的****也随之曝光。有媒体就此事联系胡一天方工作人员，工作人员表示完全不知道这件事，随后挂断电话。