2016年，胡一天出演《猫的树》系列微电影;同年，他出演青春偶像剧《夏至未至》饰演欧俊一角，正式出道。2017年11月，主演青春爱情剧《致我们单纯的小美好》并演唱该剧片尾曲《是梦吧》，凭借该剧获得腾讯视频星光大赏年度潜力电视剧男演员奖。

同年11月参演由作家八月长安同名小说改编的电视剧《暗恋橘生淮南》，饰演盛淮南。2019年3月，参演爱奇艺超级网剧《民国奇探》，饰演男一号路垚。10月17日，入选2019福布斯中国30岁以下精英榜。