一九五八年，廖丙炎正式加入湖南省话剧团，开启了他漫长的艺术生涯。一九七六年，他主演了由同名话剧改编而成的电影《枫树湾》，由此在银幕上崭露头角。三年后的一九七九年，他在话剧《战友》中成功塑造了毛泽东主席的形象，成为国内最早一批在舞台上饰演毛泽东的演员之一，其表演获得了广泛关注。在同一时期，他还在作品《枫树湾》中生动演绎了角色赵海山（右），进一步展现了其表演的多样性。进入二十世纪八十年代，廖丙炎主演的话剧《望断云天》在艺术上取得重要成就，该剧荣获了湖南省第二届戏剧季演出的最高奖项一等奖。一九八五年，他参演了犯罪爱情题材的电影《一个女演员的梦》，拓宽了其影视表演的领域。一九八八年，在小剧场话剧《今天星期七》的舞台上，他饰演了那位性格有些迂腐、难以适应周遭环境的精神病医生白文涛，其细腻的刻画给观众留下了深刻印象。 一九九一年，廖丙炎的艺术贡献获得了国家级认可，在第二届中国话剧金狮奖评选活动中，他荣膺了代表话剧表演最高荣誉的金狮奖。一九九四年六月，在湖南省首届戏剧小品赛上，他凭借精湛的演技再次夺得表演一等奖。次年，即一九九五年，因其突出的艺术成就，他被湖南省政府授予了“个人二等功”的荣誉称号。一九九九年一月三日，由他参演的大型电视连续剧《雍正王朝》正式首播，他在剧中将那位“趋红踩黑、见风使舵”的国舅爷佟国维塑造得入木三分。二零零二年，他主演了话剧《水下村庄》，并在剧中成功诠释了柳庆爹这一角色。紧随其后，在次年播出的电视剧《走向共和》中，他饰演了历史名人张之洞，展现了其驾驭不同时代人物的能力。 二零零五年十二月十六日，另一部他参与演出的古装电视剧《大清风云》与观众见面，他在剧中饰演了努尔哈赤的次子——爱新觉罗·代善，其表演为这部历史剧增添了厚重感。二零一一年，已届七十二岁高龄的廖丙炎依然活跃在舞台之上，他在原创话剧《人啊人》中担纲男主角刘志斌，更在演出中亲自完成了高难度的后滚翻动作，其敬业精神与艺术生命力令人赞叹；同年，他也在电视剧《新四军女兵》中出演了向墨衷一角。廖丙炎在作品《雍正王朝》中再次饰演了国舅爷佟国维这一经典角色，进一步巩固了其在观众心中的深刻形象。
在2000年正式退休之后，廖丙炎随即受聘于湖南大众传媒职业技术学院，担任该校影视艺术系的系主任，并在此后获任影视艺术学院的名誉院长职务。2010年，他与张克俭、冯一粟等多位学者合作，共同撰写并发表了一篇学术论文《湖南大众传媒职业技术学院影视表演专业建设研究与实践》，该研究成果因其在教育教学实践中的创新价值，荣获了当年湖南省高等教育省级教学成果奖的三等奖。自廖丙炎开始主持学院的相关工作以来，学院的表演艺术类专业建设取得了显著进展，专业数量从最初仅有的1个逐步扩充至6个，在校学生规模也从初创时期的约30人稳步增长到超过600人，同时，师资队伍不断壮大，专职教师人数由最初的6名增加到了72名，整体办学实力与人才培养容量均实现了大幅提升。
廖丙炎先生在其职业生涯中曾担任多项重要职务，在艺术领域具有广泛的影响力。他不仅是湖南省艺术系列高级职称评审委员会的委员，还同时拥有中国戏剧家协会会员以及湖南省戏剧家协会理事的身份。此外，他也积极参与影视行业的相关组织，是中国电影表演学会的会员以及湖南省电影家协会的会员。在具体的工作岗位上，廖丙炎曾历任湖南省话剧团的副团长与团长，为剧团的发展贡献了重要力量。其后，他还受聘担任湖南大众传媒学院影视艺术学院的荣誉院长，在教育领域继续发挥其专业所长。
廖丙炎的妻子是一名演员，兼服装设计师。演员廖凡是他们的次子。
二零一五年六月，廖丙炎在体检中被确诊患有淋巴肿瘤，随后立即入院接受系统治疗。在漫长的治疗过程中，他经历了多次化疗，身体承受了相当大的负担，但他始终以积极乐观的态度调整自身心态，努力配合医护人员的各项治疗方案，展现出坚强的意志。不幸的是，尽管经过了数月坚持不懈的努力，他的病情仍未能得到有效控制。最终，廖丙炎于二零一六年一月九日因淋巴癌恶化，医治无效，不幸与世长辞。
二零一五年八月十四日，一位在微博上认证为“湖南卫视《百科全说》制片人”的用户李隽宇通过其个人账号发布了一条内容，该博文声称廖丙炎与一名教师张欢之间存在不正当的男女关系，并且提及廖丙炎与张欢曾共同威胁并捆绑女方的丈夫；次日，即八月十五日，廖丙炎与其子廖凡共同委托律师发出正式公函，公开驳斥了前述传闻，明确指出相关消息属于诽谤，并要求发布者李隽宇立即删除涉嫌侵权的信息，同时承担包括公开赔礼道歉在内的一切法律后果。八月十六日上午，认证为“湖南大众传媒职业技术学院影视艺术学院官微”的官方微博账号发布了题为《关于近期一些问题的几点说明》的文章，进一步否认李隽宇所爆料的各项内容，文中透露李隽宇此前曾因到学校滋事而被警方带走，并依法被处以行政拘留十五天的处罚。二零一五年八月十七日凌晨，廖凡再次通过个人渠道发表声明，强调将坚决运用法律武器维护自身及家人的合法权益，以还原事件的真实面貌；随后在八月十九日，廖丙炎正式以名誉权遭受侵害为由，向法院提起诉讼，将新浪微博运营方及发布涉事微博的博主均列为被告，要求两方立即停止侵权行为并公开赔礼道歉，同时向涉案责任人索赔经济损失共计五十三万五千元人民币。
在电视剧《枫树湾》中，廖丙炎的表演展现出一种粗犷而充满生命力的野性气质，这与他所饰演的角色背景——那场发生在湖南本土、带有浓厚草根色彩的“痞子运动”——可谓相得益彰。他以极高的敬业精神、无私的奉献和数十年如一日的坚守，为年轻教师和学生们上了一堂生动而深刻的教育实践课，淋漓尽致地诠释了何为“戏比天大”这一演员崇高的艺术追求与职业信念。在艺术教育领域，他倾注心血，为湖南的演艺“湘军”和电视“湘军”培养输送了一大批专业素养过硬的艺术人才，并推动催生了多部在社会上产生广泛共鸣与影响力的原创文化作品。在其带领下，影视艺术系的师生们共同开拓，走过了一条从零开始、由弱渐强的专业化发展道路，取得了令人瞩目的成就。于廖丙炎身上，高尚的品德与精湛的艺能浑然一体、水乳交融，人们能深切感受到他对艺术怀抱的虔诚之心以及对教育事业倾注的满腔忠诚，亦能从中窥见一个人所秉持的真挚、善良与美好人格。他的教育理念启发众人：对待学生的成长必须严格要求，但当他们犯错时，不应简单粗暴地“一棍子打死”，而应给予其认识错误、改正自新的宝贵机会。作为一位广受敬重的艺术家，他的一生宛如春日繁花般绚烂绽放，而他的离去，则如秋日落叶般宁静而优美，留给世人无尽的追思与怀念。（综合海外网、《湖南日报》、湖南大众传媒职业技术学院原院长冯一粟、院长袁维坤、湖南大众传媒学院影视艺术学院官方微博等多方评价）