1999年11月，第一次出演MBCBEST剧场《在路之外还有世界》饰演李瑞俊。12月出演KBS校园青春剧系列，《学校第二季/搞怪高校生》饰演李江山，李栋旭演出时段由1999年12月至2000年2月。

2000年3月，再度出演KBS《学校第三季/搞怪高校生》，续演李江山一角，9月出演MBC《秘密》，10月出演SBS《海螺/蜗牛》。

2001年1月，出演KBS单元剧《DRAMA CITY》。9月和柳镇、李瑶媛等合演KBS周末剧《纯情》。10月参演KBS日日剧《这就是爱/做梦家族》，12月加入SBS青春剧《刚刚好》。

2002年1月，再次出演KBS单元剧《DRAMA CITY-快乐天堂》，3月演出SBS青春剧《LET'S GO》，7月演出KBS《LOVING YOU》（又名《人鱼公主》）饰演李珉，11月出演SBS日日剧《认真生活》。

2003年3月，出演SBS的《酒之国》  ，饰演宋道一。8月加入MBC的《回旋木马》饰演歌手朴成彪  ，以片中的年轻歌手形象获得了当年SBS电视台的新星奖。

2004年5月，出演SBS的《小岛老师》，饰演医院院长之子张哲图  。10月KBS的《父母见上书》又译名《说不出的爱》一剧  ，凭借其生动的花美男形像成功提升知名度。

2005年9月，主演SBS中秋特别企划剧《河内新娘》饰演朴恩宇一角，一个在越南行医韩国青年。12月SBS的水木连续剧《我的女孩》  ，首当一线男主角，通过剧中薛功灿一角为人熟悉，亦成为了韩流明星之一。

2006年，李栋旭首度跃登大银幕，和宋允儿合演《阿娘》饰演形警金泫洙，电影上映第一周票房就超过了22万。同年拍摄电影《最强罗曼史》饰演正义感的热血刑警，电影于2007年1月29日上映。首个周末的入场人次已有38万观众，全国总入场人次超过1百50万。

2007年，他为电视剧、电影到泰国、印尼、菲律宾、日本、等国家及中国香港展开宣传活动，后马上投入另一电影《那男子的书198页》的拍摄，饰演一名料理师金俊伍，影片于2008年10月23日全国公映  。5月，李栋旭出席一个香港活动，并更正自已的中文正确译名为李栋旭  。

2008年5月，李栋旭接演了MBC《甜蜜的人生》  ，饰演李俊秀，此剧部份外景在日本北海道、札幌及小樽等地取景，李栋旭在海拔三千米兼零下十六度的严峻环境下，曾一度出现高山症象而送院。

2009年，电视剧和电影同时两路进行，电视剧是KBS的《搭档》（又名《伙伴》 ）饰演李泰祖一角，变身为傲慢的热血的律师  。拍毕电视剧随即投入电影《大酱》拍摄工作，《大酱》是李栋旭入伍前的谢幕之作。他完成《大酱》后，暂别娱乐圈，履行两年的兵役义务，电影于2010年10月21日公映  。

2010年，李栋旭在09年9月底完成5周基础新兵训练后被编入国防宣传广播支援队，又称为文艺兵或演艺兵。在服兵役期间，除毎日受训外，也负责电台广播，各类主持及娱乐演出，其中一个节目《文化真好》形式和KBS的《两天一夜》类似，固又有军队版《两天一夜》之称。

2011年6月20日退役，随即投入电视剧《女人的香气》拍摄  ，还拿下当年SBS演技大奖和10大明星奖。9月参加SBS清谈秀《HEALING CAMP》录制。10月出席上海时尚杂志美容盛典并获年度亚洲魅力大奖  。11月他出演KBS的《暴力罗曼史》饰演棒球选手朴茂烈  。同年11月经金宣儿牵引转投金刚娱乐，而李栋旭于2011年11月22日正式签约金刚娱乐为其专属艺人  。

2012年3月，李栋旭完成《暴力罗曼史》后  ，踏入另一个艺能领域，变身综艺节目主持，接棒李胜基，主持《强心脏》  。李栋旭亦凭此在SBS2012演艺大赏荣获最佳新人MC奖和申东烨拿下最佳搭档大奖  。

2013年，李栋旭于1月17日录完《强心脏》最后一期后，恢复演员身份，专注演艺工作。《天命》是他首次挑战古装剧  ，剧中李栋旭饰演一名背负冤名的医官而成为逃亡者崔元。2月出演SBS综艺节目《RUNNING MAN-亚洲竞赛之九剑的秘密》  。11月出席香港站2013MAMA音乐颁奖典礼同时录制TVN《脱口秀TAXI》  。12月出席上海PCLADY时尚盛典并获得亚洲风尚艺人大奖。

2014年1月，参加SBS综艺节目《RUNNING MAN-新年特辑》录制  ，同月17日出席2014亚洲模特大赛节并荣获亚洲时尚达人奖  。2月他出演SBS特别企划剧《江口的故事》的主人公饰江景泰，这是韩国电视历史上首个3D作品因此受到很大关注  。同时间他又接演MBC新周末特别企划剧《Hotel King》饰演一个心怀怨念的冷血酒店总经理车载元。继2005年《我的女孩》，时隔8年后再度搭档李多海。另一方面，他拍摄《Hotel King》之同时又参与了SBS综艺节目《Roommate》的录制  。8月接拍KBS2水木剧《Ironman(钢铁人)》饰演佣有特殊异能的男主人公朱弘斌  。11月出演电影《Beauty Inside》的演出，饰演主人公佑镇当中一席  。

2015年7月，携手郑丽媛出演tvN电视台月火剧《泡泡糖》，自2002年后，相隔12年再度搭档，剧中他饰演医院院长，他自出道以来首次拍摄有线电视台作品。该剧讲述了4名各自存在缺陷的人在一起后变得幸福的故事，是一部温馨的成人童话  。9月10日，搭档女星金廷恩获委任为第十届首尔国际电视节颁奖典礼主持人  。

2016年3月，李栋旭任中国天津卫视一档综艺节目《冰雪奇迹》的演出嘉宾，一档以冬季冰雪运动的综艺节目，集中韩明星们的滑雪训练和比赛等的环节，这亦是李栋旭参与首个中国娱乐演出。  同月加盟On Style主持综艺节目《My Bodyguard》，是一档美体养身节目。  6月，自荐加盟TVN金土剧《孤单又灿烂的神-鬼怪》，饰演符合21世纪风格且患有失忆症的阴间使者及高丽王王黎一角。  10月6-7日以特别客席DJ身份为KBS COOL FM主持电台广播《提高音量》环节。

2017年3月，参与有线频道ONSTYLE的 《Love is》是为了3月14日白色情人节而准备的单元剧，在Just The Two Of Us篇化身成为纯情摄影师。  4月，李栋旭每月12日透过NAVER VLIVE定期举行深夜直播节目《李栋旭的On the air》节目以可视广播节目的方式进行，透过与粉丝们的即时互动，展现李栋旭的无穷魅力。  10月初，出席巴黎时装周，这亦是李栋旭首次出席国际大型时装展，帅气的李栋旭，其强大气场令不少国外媒体争相抢拍。  11月搭档同门艺人林珠银为韩国农林畜产食品部拍摄宣传短片《花的力量》。

2018年元月，搭档曹承佑主演JTBC电视剧《LIFE》剧中饰演大学医院急救中心医生艺镇宇  10月再度搭档刘寅娜主演tvN电视剧《触及真心》，李栋旭在剧中将饰演胜诉率名列律师事务所第一位的律师权正录。  12月被韩国杂志《GQ》选定为2018"年度风格男人"。

2019年3月，李栋旭担任选秀节目《PRODUCE X 101》第4季的主持人  ；6月，在TVN电视剧《请输入搜索词：WWW》第七集，客串同门林秀晶饰演的裴塔美的前男友  ；8月，特别出演由人气网漫改编的OCN惊悚悬疑剧《他人即地狱》，饰演在考试院附近经营牙科的牙科医生徐文祖一角  。12月，李栋旭以己之名首次挑战脱口秀，挑梁单独主持一档SBS的清谈节目，节目名为《李栋旭想做脱口秀》，亦完了他一直以来当脱口秀主持人的梦想。  11月，二度被韩国杂志《GQ》选为 2019"年度风格男人" 12月接演tvN电视剧《九尾狐传》主人公，曾经是山神，在当代是阳阴二界的特职公务员  该剧排於2020年10月播放。

2020年6月，李栋旭携手林秀晶出演爱情电影《Single in Seoul(单身首尔) 》，片中是一名处于感性与虚势分界线上的一等明星讲师，享受单身生活也是网络红人。  12月再度被韩国杂志《GQ》选定为2020"年度风格男人亦是连续3年都当选的人。

2021年2月，李栋旭获英国杂志《 I-MAGAZINE 》当选2020亚洲最时尚面孔首位  。4月主演由郭在容执导爱情电影《Happy New Year》。  5月出演JTBC综艺节目《盼望的大海》。  9月主演tvn推理剧《Bad and Crazy》。  10月续演电视剧《九尾狐传》第二及第三季。