2004年7月，阮经天首度参演偶像剧《米迦勒之舞》，他在剧中饰演个性乖戾、经历曲折的天才舞者Ghost。

2005年10月23日，由他出演的偶像剧《绿光森林》在湖南卫视播出，阮经天在剧中饰演具有独特的幽默感、敏锐度很高的小提琴艺术家靳元方，由于拍摄时与未成年的女主角刘品言传出绯闻，因此被电视台雪藏。

2007年，阮经天先是在偶像剧《花样少年少女》中饰演口硬心软的跳高选手申乐；随后，由他出演的偶像剧《热情仲夏》开播，其在剧中饰演木讷搞笑的高中剑道社社长周乔杉；5月17日，阮经天主演的剧情片《六号出口》在台湾上映，他在片中饰演热爱滑板的天才黑客Vance；12月15日，与张钧甯、彭于晏合作主演的青春爱情偶像剧《我在垦丁*天气晴》播出，他在剧中饰演了单亲家庭长大的插画家郭绍南；同年，他还主演了科幻悬疑片《神选者》，并在剧中饰演了阿建。

2008年，阮经天因在都市爱情剧《命中注定我爱你》中饰演个性幼稚优柔但为人善良的年轻企业家纪存希而成为台湾电视剧史上第一位收视率突破百分之十三的男主角，该剧以平均收视7.45%、单集最高分段收视13.64%的成绩刷新了台湾偶像剧的收视纪录，同时此剧还获得国际媒体《华尔街日报》的专题报道，海外版权也外卖到了另外15个国家和地区，阮经天个人也凭借此剧获得台北影视节偶像剧天王奖及百度娱乐沸点年度盘点最热门偶像演员，并在两岸三地赢得了颇高的人气与关注度 。

2009年1月4日，由阮经天主演的偶像剧《败犬女王》在台湾台视播出，该剧开播后连续21周获得同时段收视率第一，最终以单集平均7.35的收视收官。

2010年2月5日，电影《艋舺》在台湾上映，他在片中饰演一个高智商、个性内敛冷静的黑社会分子何天佑（和尚），电影上映不到10天票房冲破约1亿5千万元新台币成为首周票房冠军，更创下台湾本土电影史首周票房纪录，阮经天则凭借该片获得第47届金马奖最佳男主角，同时还提名第5届亚洲电影大奖最佳男演员及网络票选最受欢迎男演员、第11届华语电影传媒大奖观众票选最受瞩目男演员等奖项。

2012年1月12日，阮经天以金马奖造型造像的蜡像入驻香港杜莎夫人蜡像馆；2月10日，与赵薇、舒淇合作主演的爱情电影《LOVE》在台湾上映，阮经天在片中饰演了口吃处男小宽；12月20日，与黄晓明、李宇春等合作主演的古装武侠3D电影电影《血滴子》上映，他在片中饰演了冷静沉著、身手灵巧的血滴子队长冷。

2013年1月，他与凯渥长达10年的合约到期；3月5日，阮经天宣布与钮承泽、李烈共组自己的经纪公司，正式自立门户。

2014年9月5日，其主演的剧情片《军中乐园》在台湾上映，阮经天在片中饰演了机伶可爱、人缘好的海龙菜鸟小宝，同时他还凭借该片提名第9届亚洲电影大奖最佳男主角及第15届华语电影传媒大奖最受瞩目表现奖。

2015年1月16日，阮经天主演的侦探动作悬疑片《暴走神探》在中国大陆上映，他在片中饰演了警探范如一；8月20日，爱情电影《恋爱中的城市》上映，其在第五个单元佛罗伦萨篇中饰演阳光型不靠谱导游小麦；27日，他出演的文艺武侠电影《刺客聂隐娘》上映，阮经天在片中饰演了侍卫夏靖；12月6日，以固定主持的身份加盟明星户外励志体验真人秀节目《了不起的挑战》。

2016年2月14日，其主演的爱情悬疑电影《谋杀似水年华》上映，他在片中饰演内向孤僻、性格古怪的少年秋收；4月15日，搭档杜鹃主演的爱情片《纽约纽约》上映，阮经天在片中饰演处事精明、为人仗义的五星级酒店领班路途；5月12日，加盟明星网友互动类真人秀《约吧大明星》，并在节目中担任万事屋的社长；8月9日，他特别出演的爱情电影《谎言西西里》上映，阮经天在片中饰演乐于助人的邻居田博，并凭借该片提名第8届澳门国际电影节最佳男配角奖。

2017年6月27日，搭档杨幂领衔主演古装玄幻励志剧《扶摇》，并在剧中饰演无极国太子长孙无极；7月21日，阮经天主演的冒险题材网剧《鬼吹灯之黄皮子坟》登录腾讯视频，其在剧中饰演充满热情的插队知青胡八一；12月22日，与邓超、刘诗诗合作出演的犯罪悬疑片《心理罪之城市之光》上映，他在片中饰演变态杀手江亚。

2018年1月15日，其与成龙合作主演的古装奇幻片《神探蒲松龄之兰若仙踪》正式杀青。