Neben kleineren Filmauftritten, beispielsweise 2000 in "Almost Famous" oder 2005 in "Die Insel", war Stonestreet vor allem in US-amerikanischen Fernsehserien zu sehen. In den ersten Jahren spielte er Episodenrollen in "Dharma &amp; Greg", "Malcolm mittendrin", "Party of Five", "Chaos City" und "Emergency Room – Die Notaufnahme". Die Ermittlungsserie "" stellte ihn für 13 Episoden von 2001 bis 2005 als durchgehende Rolle ein. Weitere Episodenrollen, wie in "Crossing Jordan – Pathologin mit Profil", "Bones – Die Knochenjägerin", "American Dad", "Navy CIS" oder "Monk" folgten, bevor er für die ABC-Serie "Modern Family" als Teil des Hauptcasts besetzt wurde. Für die Rolle des homosexuellen Adoptivvaters "Cameron Tucker" wurde er 2010 für den Television Critics Association Award nominiert und erhielt den Primetime Emmy Award 2010 und 2012 in der Kategorie "Nebendarsteller in einer Comedyserie". 2011, 2012 und 2013 folgten Golden-Globe-Nominierungen als bester Nebendarsteller.