王大虹的演艺生涯始于2012年12月，当时他主演了乡村伦理题材电影《嫂子去哪儿》，在片中饰演弟弟王志伟一角，并与演员李娜进行了合作。进入2013年8月，他出演了电视剧《约会专家》，扮演媒体人东方，此次合作的对象是演员齐溪。2014年12月，王大虹在王星军执导的院线电影《新青春之歌》中担任主演，饰演来自香港的植物学博士陈伯乐，搭档演员为王芊语。2015年是其作品高产的一年：1月，他主演了由韩琰执导的网络剧《朝内81号》，诠释了悲情杀手陆元这一角色，合作演员为许敏；2月，他在高伟伦导演的科幻电影《超能机器女友》中担任主演，扮演生物博士马拉，与刘静怡共同演出；4月，他主演了刘京京导演的惊悚悬疑电影《虐花间》，饰演要账人大鹏，合作演员是张胥鸿；6月，他主演了旅法女导演张琳执导的爱情文艺片《爱都Love City》，饰演一位花店老板，与演员刘思宇合作；8月，他出演了由唐国强领衔主演的电视连续剧《爱无罪》，饰演伪电影人贾明，与迟宁宁搭档；11月，他主演了朗阔执导的爱情文艺剧情片《864毫米》，饰演摄影师代一，合作演员为雷洋；12月，他出演了由吴卓羲、任重主演的连续剧《结婚为什么》，饰演一位在剧中抢婚的美术老师余力；同月，他还出演了由罗家英、李子雄主演的电影《江湖之义字当先》，在片中饰演小浪。 2016年4月，王大虹主演了由朝政执导的电影《生死劫难》（该片又名《囚禁空姐》），饰演杀手阿飞，与张贺合作。5月，他主演了罗震执导的惊悚悬疑电影《惊魂直播夜》，扮演一位性格存在缺陷的大学教授老白，合作演员是杨弋墨。6月，他主演了刘伟忠执导的烧脑悬疑电影《幽灵会所》，饰演一位人格分裂的会所主人陈晨，与王芊予合作。7月，他主演了乔飞执导的院线科幻电影《时空追辑》，饰演企图毁灭世界的野心家卡洛特，合作演员为鄢子纶。8月，他与曾志伟共同主演了网络电视剧《网红猎人》，饰演善于分析案情的海归心理学博士王言，与龚静搭档。10月，他出演了由于和伟、李小冉主演的电视剧《下一站别离》，饰演与李小冉所饰角色性格不合、最终分道扬镳的设计师张磊。11月，他主演了夏云凯执导的现实主义题材电影《北海夜行》（即《蜗居》电影版），饰演亦正亦邪的图书出版商宋扬，合作演员是陈衍利。12月，他主演了刘伟忠执导的荒诞科幻喜剧《娜美的使命》，饰演搞笑的无厘头化学家孙博士，与张玉轩合作。 2017年4月，王大虹出演了由胡冰卿、宋芸桦主演的电视剧《我的爱如此麻辣》，饰演郭威廉的大学老友JAMES。6月，他主演了一部女警题材电影《中国警花》，饰演金三角毒贩金森，合作演员为吴东妮。7月，他主演了王宾执导的网络剧《无间密室》，饰演一位有洁癖的外科医生杨文仁，与李桦合作。8月，他主演了李晨曦执导的淘宝二楼深夜档系列《一千零一夜》第二季，饰演二楼掌柜（亦称背包怪客），合作演员是林冠宇。10月，他出演了由陈正道执导、宋茜主演的电视剧《千岁大人的初恋》，饰演方近雪的现男友章程。11月，他主演了一部悬疑犯罪电影《原罪拼图》，饰演一位善于交际又精于推理的印刷厂老板秦雨泽，与张一楠搭档。 2018年1月，王大虹主演了一部末日科幻电影《最后的日出》，饰演野心勃勃企图毁灭世界的企业家王云。5月，他主演了胡禹萌执导的时空穿越喜剧电影《佛系青年之超度指南》，饰演穿越回到学生时代、试图重塑人生的妻管严吴仁耀，合作演员包括赵骏和雪村。9月，他主演了根据台湾著名作家毕淑敏作品改编、并由金马奖“最佳剪辑”得主朱利赟执导的网络剧《女心理师》，饰演压力重重、不堪忍受妻子的服装店老板老松，与黄皓达合作。10月，他出演了赵宝刚导演的电视剧《青春斗》，饰演沈严的老板兼设计总监，合作演员为高泰宇。11月，他主演了由青年电影厂投拍的北京电影学院联合毕业作品《各奔东西》，饰演一位沉默寡言的舅舅。12月，他主演了湖南卫视自制的推理网络剧《明星大侦探》（即《头号嫌疑人》），饰演欧阳教授；同月，他还出演了由秦俊杰、涂松岩主演的谍战剧《衡山医院》，饰演交际高手海纳川。 2019年4月，王大虹主演了一部科幻电影《迷失侏罗纪》，饰演男主角科学家尤里。同年11月，他主演了一部文艺短片《各奔东西》，该片后来提名了第3届重庆先锋电影节最佳男主角奖项。2021年，他参演了电视剧《不惑之旅》，饰演一位出版商翻译；4月，他参演了电影《扫毒3》，饰演泰国士官阿坤；同年11月，他参演了电视剧《二十不惑2》，饰演副导演一职。2022年5月，他主演了一部喜剧电影《破产专家》，饰演男一号刘坚强；同年7月，他主演了一部文艺电影《裙子》，饰演男一号陈放。2024年6月，他参演了由陈凯歌执导的大型战争电影《志愿军3》，在片中饰演南韩大将白善烨。2025年9月29日，他出演的一部青春爱情题材电影《爱不释手》在江苏金湖正式开机。2026年2月12日，他参演的《大侦探》系列衍生剧《黑金游戏》正式播出。