出演电视剧《玉观音》饰演杨瑞，并凭借《玉观音》获第22届中国电视金鹰奖观众喜爱的电视剧男演员奖。2007年，主演电视剧《奋斗》、《我们无处安放的青春》和《与青春有关的日子》而走红。2006年，李玉的《苹果》中作为主演的佟大为，被提名第11届釜山国际电影节最佳新演员奖，并于2007年入围第57届柏林国际电影节主竞赛单元，并角逐最佳男演员奖。2008年，参与吴宇森的《赤壁》。2012年，参演张艺谋作品《金陵十三钗》入围第69届金球奖最佳外语片，佟大为是踏上金球奖红毯的首位华语男演员。2013