2002年,李大海被父亲李成儒带入影视圈,在电视剧《刑警的故事》中扮演了伙计张海东。2005年,在黄力加执导的都市悬疑《惊险生活》中饰演海宁集团副总胡必刚之子胡东波。2006年年5月,李大海参演周晓文执导的电视剧《逃亡香格里拉》;7月,从盛基艺术学院毕业;10月签约“中视影视”。2007年10月,李大海推出推出个人首张唱片《海子》。2008年4月,李大海来到南京为开拍的22集电视连续剧《少年棋王》做宣传,出演这部戏是因为父亲李成儒的举荐。2009年4月,李大海与父亲李成儒参加北京电视台科教频道的访谈节目《非常父母》;6月,参演李成儒自编自导的年代剧《龙须沟》。2010年6月,李大海领衔主演的电视电影《我要的飞翔》杀青,在片中饰演创作歌手。2013年11月,李大海加盟浙江卫视出品的青春励志真人秀节目《我不是明星》,最终获得了总决赛季军。2014年2月,李大海与乔乔做客黑龙江卫视的娱乐互动节目《挑战名人墙》;3月,参加《梦想起航》公益主题曲的录制。2015年1月16日,与高丽雯联袂主演朱青阳执导的谍战悬疑电影《谍·莲花》上映;12月,李大海作为第五届北京国际微电影节唯一的受邀演出嘉宾出席活动红毯及颁奖盛典。2017年11月,青年导演李大海入选“青年电影A计划”,成为其中一员。2018年3月,李大海参演电影《创业联盟》,在影片中饰演一个运筹帷幄但又高冷淡漠的青年创客。