2002年，在电视剧《阳光雨季》饰演岳超飞，这是朱亚文的第一部戏。

2005年，在张友龄导演的中国大陆亲情剧《非亲兄弟》中饰演天雨。

2008年，在电视剧《闯关东》中饰演了朱传武一角。该剧不仅获得长篇电视剧最佳作品奖，而且摘下最佳编剧、最佳摄影、最佳照明一共四项大奖。朱亚文饰演的传武更是被评为“荧幕十大硬汉”。同年在张纪中制片的电视剧《兵圣》饰演男主角“孙武”。

2009年，在刘家成导演的电视剧《高地》中饰演王奇，并主演了军旅戏《情系北大荒》，这是和导演张新建继《闯关东》之后的又一合作。该剧与《潜伏》、《我的兄弟叫顺溜》等作品一起获得第25届金鹰节优秀电视剧奖。

2010年，朱亚文主演的《爱在苍茫大地》入围最佳电视剧、最佳编剧、最佳男演员、最具号召力男演员等四个奖项。朱亚文凭借在该剧中闻明远一角入围最具号召力男演员五强名单。在导演刘家成执导的热播剧《高粱红了》中饰演男主角林玉生。

2011年，在电视剧《远去的飞鹰》中饰演男主角高志航。凭借该剧入围40届国际艾美奖最佳男演员。这是国内投拍的首部以空军战争为题材的电视剧。

2012年，在电视剧《我的娜塔莎》中饰演男主角庞天德。在电视剧《地火》中饰演男主角黎仲明。在康洪雷执导的电视剧《我们的法兰西岁月》中饰演周恩来。5月娄烨执导影片《浮城谜事》被定为第65届戛纳电影节“一种关注”开幕影片，主演朱亚文随剧组一同奔赴戛纳，亮相“一种关注”单元红毯。

2013年，在刘家成导演的电视剧《正阳门下》中饰演男主角韩春明，从“破烂王”成为“收藏家”传奇的一生。在何群导演的《铁血兄弟》中饰演男主角江流，该剧是朱亚文、刘向京、齐奎继《闯关东》后的再次聚首。剧中，朱亚文饰演的江流虽是一介书生，却胸怀匡扶天下的抱负。4月与刘家成导演第四次合作，在军旅戏《心战101》饰演教官云天耀。9月主演导演郑晓龙执导的剧版《红高粱》，饰演男主角余占鳌。

2014年2月，在安建导演的电视剧《姐妹兄弟》饰演男主角宋建国。

2015年2月18日，朱亚文登上央视春晚，与张丰毅、段奕宏一起演唱歌曲《中华好儿孙》。5月20日，加盟《真心英雄》，首度参加真人秀。参演电影《我是证人》于10月30日上映，在影片中饰演大反派“唐峥”一角。

2016年7月15日，主演的电影《陆垚知马俐》上映，片中朱亚文颠覆形象，饰演了一位具有“娘man”属性的喜剧角色赵奔。12月11日，主演的都市情感剧《北上广依然相信爱情》在浙江卫视首播，朱亚文在剧中饰演婚庆策划总监王茂，与陈妍希饰演的职场菜鸟黄依然，携手演绎了一段都市情缘。

2017年4月2日，朱亚文与王丽坤领衔主演的电视剧《漂洋过海来看你》开播，他在剧中饰演逗趣的旅游体验师郑楚。7月27日，朱亚文参演的历史片《建军大业》上映。同年12月，朱亚文与汤唯继《黄金时代》之后二度合作，在古装剧《大明皇妃·孙若微传》中饰演明宣宗朱瞻基。

2018年3月，参与湖南卫视全国首档原创声音魅力竞演真人秀节目《声临其境》。

2018年5月27日，为弘扬周恩来精神，挖掘其现实意义以激励当代青年，《相会中华腾飞时·传世经典颂恩来》诗歌咏诵汇在周恩来母校天津市南开中学录制。王铁成、孙维民、朱亚文老中青三代周恩来扮演者联袂出场；同年，其主演的电影《诗人》入围了第31届东京国际电影节主竞赛单元，朱亚文在片中饰演怀揣“诗人梦”的煤矿工人李五。

2019年2月，加盟浙江卫视《奔跑吧》担任MC；9月7日，与张榕容等合作主演的电影《逗爱熊仁镇》（原名《欢迎来到熊仁镇》）上映；同年，在刘伟强执导的电影《中国机长》中饰演民航西南地区管理局四川监管局领导。