李泰成从小学5年级开始练习棒球，2003年6月，读高三的他因肩膀受伤而放弃棒球并开始了演艺生涯；同年在KBS情景喜剧《老妈向前冲》中初次亮相。

2004年9月，棒球选手出身的李泰成得到了出演根据真人真事改编的棒球题材励志影片《超级明星甘先生》的机会，饰演棒球选手。

2005年9月，20岁的李泰成在爱情电影《智齿》中扮演一位在爱情面前无所畏惧的17岁高中生李锡，这是李泰成首次出演电影男主角，并以此影片正式出道，同时因在该片中的表现获得第4届大韩民国电影大赏新人男演员提名奖、第42届百想艺术大赏电影部门男子新人奖提名奖；10月，配对黄静茵，出演综艺节目《情书》第二季。

2006年10月，与郑敬淏、张熙珍合作主演动作电影《黑帮高中》（又名《暴力圈》），饰演再九。因在《黑帮高中》的演出而获得2007年釜山国际电影节男子新人奖。

2007年1月，与竹中直人搭档主演韩日合拍片《无法忘记你》（又名《26 yearsDiary》），饰演在日本读书的韩国留学生李秀贤；5月，参演成俊基等执导的KBS电视台公益电视剧《我们幸福的几个质疑》，饰演郑宇；7月，与秀爱、李廷镇合作主演的MBC电视台爱情浪漫剧《9局下2出局》，饰演大学生棒球运动员郑珠、参演金振民导演执导的MBC水木连续剧《狗与狼的时间》，饰演裴尚植。2008年12月，参演金英民执导的SBS 电视台爱情剧《情定泰勒瓦》，饰演丹星。

2009年2月，搭档superjunior强仁、李多仁主演MBC Drama电视台周末爱情剧《质量保证班zero》，饰演“傲利癫”的zero组组长金于震，这是李泰成第一次担纲迷你电视剧男一号；10月，搭档金由美、洪恩熙、权五中主演家庭伦理日日剧《享受人生》（又名《过得有滋有味》），饰演整形外科实习医生张柳镇。该剧获得2009年MBC演技大赏家族赏。

2010年5月，与申伊、朴海美合作主演喜剧电影《疯狂的钻石》，饰演光洙；6月，主演黄义京执导的KBS特别独幕剧《邻家大婶，》饰演保险公司职员东勋；9月，搭档金贤重、郑素敏联合主演MBC电视台爱情偶像剧《恶作剧之吻》，饰演喜欢女主吴哈妮（郑素敏饰）的丰俊丘；借《享受人生》和《恶作剧之吻》中的表现，获得2010年MBC演技大赏男子新人赏。

2011年1月，与李弘基、Simon D等搭档，主持MBC综艺节目《百分满分》；7月，李泰成接替受伤的在熙出演MBC电视台爱情家庭剧《爱情万万岁》，饰演帅气多金的律师卞东宇，并获得第19届大韩民国文化演艺大赏最优秀演技奖；年末，李泰成获邀独立主持有线电视台Channel-A的音乐排行榜直播节目——《K-popcon》。

2012年1月，参加假想夫妇体验结婚生活综艺节目《扑通扑通心跳》，配对韩胜妍；3月，与朴有天、韩志旼搭档主演SBS电视台爱情穿越喜剧《屋塔房王世子》，在朝鲜时代扮演的是龙泰瑢堂哥龙泰武，而在现代是冷峻的美男子龙泰武本部长，这是李泰成首次尝试古装。

2013年4月，李泰成选择以MBC电视台周末婚姻伦理剧《金子轻松出来吧》作为其入伍前的最后一步作品，在剧中饰演珠宝公司次子朴贤俊。

2015年9月，与车和娟、张瑞希合作主演MBC电视台周末连续剧《妈妈》，饰演对哥哥有着自卑感的金江才。该剧是李泰成退伍后的首部作品。

2018年，出演JTBC电视台新周一周二剧《汉谟拉比小姐》。