2016年，吴念轩成为三立行脚节目《青春好7淘》的主持班底。2017年8月25日，与杨丞琳、许玮甯、高慧君合作主演的惊悚悬疑电影《红衣小女孩2》上映，在片中饰演被神明“虎爷”乩身的林俊凯，这是他的首部电影作品，从而正式进入演艺圈，该片在中国台湾的票房突破了1亿元台币 ，而他则凭借该片入围了第54届台湾电影金马奖最佳新演员奖 ；同年，完成了个人首部影视剧作品，出演何润东自编自导自演的青春校园剧《翻墙的记忆》，在剧中饰演校园老大老K，不仅献出了自己的萤幕初吻 ，而且还首次挑战了床戏 ；8月30日，参加直播节目《ETNEWS看电影》 ；同年，担任阎奕格《今夜三更》（又名《阎罗王》）MV的男主角，这是他首次参与MV的拍摄 。
2018年2月9日，与卢广仲、严正岚、蔡振南共同参演的喜剧电影《花甲大人转男孩》上映 ；其后，参加了台北灯节，并首度尝试古装扮相，扮演了清代大将军陈化成 ；8月29日，凭借电视剧《翻墙的记忆》入围第53届台湾电视金钟奖戏剧节目男配角奖 ；12月，担任严正岚《告白》MV的男主角 ；随后，与严正岚共同担任第41届金穗奖的形象大使 。

2019年，出演郭春晖、黄毓棠联合执导的青春剧《月村欢迎你》，他所饰演的马威海是一位道地土台客，外表痞帅，但内心却是痴心男子汉 ；6月，担任郭修彧《挡箭牌》MV的男主角 。

2020年1月3日，主演的剧情电影《菠萝蜜》上映，在片中饰演马来西亚的大学生一凡，为了逃避父子关系，来台湾寻找新机会，在他试图寻找归属感的同时，与同为异乡人的单亲妈妈莱拉渐渐产生了情愫 ；2月14日，主演的古装悬疑爱情励志剧《大唐女法医》播出 ；5月15日，凭借电影《菠萝蜜》入围2020年台北电影节最佳男主角；7月17日，主演的校园青春剧《违反校规的跳投》播出，饰演从小被诊断罹患遗传性疾病的男主角张健一，为了追求热爱的篮球梦，隐瞒父母加入校队征选 ；9月2日，主演的青春暗恋题材电影《我不能告白的理由》开机 ；11月14日，与方志友搭挡主演的家庭情感剧《粉红色时光》播出，饰演对生活充满热情的斜杠青年方志嘉 ；12月20日，出演的跨界原创迷你剧集《故事宫寓》播出，在剧中扮演一位不畏风雨、使命必达的邮差，呼应通行无阻的经典文物“皇帝奏摺” 。