玉森裕太于2002年12月1日正式加入杰尼斯事务所，开启了他的演艺生涯。2004年3月，他成功入选事务所内的团体（mint），成为其中一员；同年，他还曾短暂加入J.J.Express，但不久后便从该组合退出。到了2005年，玉森裕太被选入（A.B.C.）的弟组，即（A.B.C.Jr.），成为该组合的第二期团员。同样在2005年夏天，Kis-My-Ft2组合开始形成，他也被选入其弟组参与活动。2008年3月1日，玉森裕太顺利从日出高校毕业，完成了高中学业。在此期间，他也陆续参与了一些写真拍摄工作，留下了不少影像记录。
二零零九年三月二十八日，由玉森裕太参与演出的校园题材剧集《极道鲜师3毕业特别篇》于日本电视台正式与观众见面；同年七月十一日，他出演的另一部作品《极道鲜师电影版》也登上了大银幕。二零一一年四月十八日，他加入了由香取慎吾领衔主演的富士电视台月九剧《请一定要幸福》，在其中扮演了重要角色；到了七月十六日，其首次担纲主演的电视剧《原来是美男啊》在TBS电视台顺利播出，这标志着他演艺生涯的一个重要里程碑；紧接着在八月十日，该剧的主题曲《everybody go》作为偶像团体Kis-My-Ft2的首张单曲CD正式发行，从而实现了音乐出道；九月二十三日，电视剧《原来是美男啊》的原声大碟成功登顶公信榜专辑排行榜，这张唱片在发售的首周便创下了高达十五万张的出色销量。二零一二年一月十二日，他在由山下智久主演的剧集《最完美的人生终点》中进行了客串演出；四月十五日，他又出演了由中居正广主演的TBS电视台周日九点档推理剧《ATARU》；同年五月，他参与了朝日电视台的一档热门综艺节目《黄金传说》，勇敢挑战了名为“一个月一万日元生活”的极限环节，成为杰尼斯事务所旗下首位尝试该企划的偶像艺人，在经历种种艰辛后最终成功获胜；九月三日，他首次参演了由龟梨和也主演的舞台剧作品《DREAM BOYS》，拓宽了表演领域；十月十三日，其出演的电影《电影版私立马鹿兰高校》公开上映；十二月二十七日，他再次投身于综艺节目《黄金传说》的录制，挑战了为期三天两夜的无人岛生存特别企划，展现了出色的适应能力。二零一三年一月六日，他出演的犯罪题材剧集《ATARU特别篇~来自纽约的挑战书~》开始播出；一月十一日，他初次单独主演了朝日电视台制作的时代穿越剧《信长的主厨》，独挑大梁；七月十八日，由他主演并改编自同名漫画的电视剧《歌舞伎华之恋》在TBS电视台播出；同年九月，他首次以座长身份主演了舞台剧《DREAM BOYS JET》，肩负起更多的责任；九月十四日，其参与演出的电影版《ATARU-THE FIRST LOVE & THE LAST KILL》正式上映。二零一四年四月五日，由他主演的《世界奇妙物语》二零一四年春季特别篇之《二ートな彼とキュートな彼女》在富士电视台播出；七月十日，其主演的剧集《信长的主厨2》于朝日电视台开播，并且该剧从原先的深夜时段成功升级进入了收视黄金档；九月四日，他再度担任座长，出演了舞台剧《DREAM BOYS》；同月，他个人代言的首支商业广告《NatureLab"LAVONS LE LINGE"衣物柔软剂》开始在日本各大电视台滚动播出。二零一五年一月六日，他特别出演了由草彅刚主演的富士电视台冬季周二晚十点档剧集《钱的战争》；在八月七日发行的女性时尚杂志《anan》的“SEX特辑号”中，他首次挑战了全裸出镜，彻底颠覆了往日清新可爱的形象，尽情释放男性荷尔蒙，大方展示其性感的身材与极具张力的表情，引发了广泛讨论；此后，由他主演的《毛骨悚然撞鬼经》二零一五年夏季特别篇《如影随形》于八月二十九日在富士电视台播出；九月三日，他担任座长出演舞台剧《DREAM BOYS》，并恰逢该舞台剧迎来第五百场纪念公演的重要时刻；十月十五日，他主演了读卖电视台制作的新剧《青春侦探晴也》，在剧中首次尝试饰演一名大学生侦探的角色；十一月二十一日，他首次担当电影主演，携手女演员西内玛利亚共同出演了由人气作家有川浩原作小说改编的真人电影《雨树之国》。进入二零一六年，玉森裕太为好莱坞电影《神战：权力之眼》担任了日语版配音工作，这也是他职业生涯中首次挑战声优领域；同年九月，他继续以座长身份出演了舞台剧《DREAM BOYS》。也在同月，他与所属组合Kis-My-Ft2的成员宫田俊哉合作，共同为热门手机游戏《LINE ポコポコ》担任代言人；十二月，他主演了杰尼斯事务所全新制作的舞台剧《JOHNNYS' ALL STARS ISLAND》。二零一七年四月，他出演了由藤原龙也、户田惠梨香双主演的TBS电视台周五晚十点档电视剧《反转》；十月，由他主演并改编自同名漫画的侦探悬疑剧《重要参考人侦探》在朝日电视台周五晚十一档播出。二零一八年三月，玉森裕太主演了电影《平行世界·爱情故事》，女主角由吉冈里帆饰演，他与在片中饰演主人公好友的染谷将太共同演绎了一段复杂的三角恋情。二零一九年六月八日，由他主演的电视剧《世界奇妙物语2019雨之特别篇》的单元故事《献给倒立少女的钢琴奏鸣曲》正式播出；十月二十日，他参演的由木村拓哉主演的电视剧《Grand Maison 东京》开播，在剧中他生动扮演了主人公尾花夏树的徒弟平古祥平一角。二零二零年十月十六日，他与宫田俊哉共同出演的电视剧《BE LOVE》开始播映。二零二一年一月十二日，他出演的由上白石萌音主演的爱情剧《OH!MY BOSS!爱在副刊》播出，在剧中他饰演了笑容爽朗且出身富裕家庭的少爷宝来润之介。二零二二年七月二十二日，由他主演的职场恋爱剧《NICE FLIGHT！》与观众见面；十月八日，其主演的医疗题材剧集《祈祷的病历：研修医的解谜诊察记录》也相继播出。二零二三年二月十七日，他参与演出的电影《夏洛克的孩子们》登陆院线。根据《东体》在二零二四年七月九日的报道，玉森裕太将主演TBS电视台十月开播的周二晚十点档新剧，饰演一名废柴男，该剧预计于八月正式开机拍摄。同年十月八日，他参演的电视剧《想暴打那个渣男！》如期播出。十二月三十日，其参演的电影《巴黎大饭店》也于年末上映。此外，在二零二四年十二月，他还有一部参演的电视剧《东京大饭店 特别篇》安排播映。
将充满真挚情感的纯爱故事与拥有深厚历史底蕴的歌舞伎艺术相融合，是一项极具挑战性的创作，它要求演绎者不仅具备强大的艺术表现力，更需拥有华美而独特的内在气质。在众多尝试者中，能够真正实现这种融合并取得卓越成功的，无疑非玉森裕太君莫属。他在作品中所展现的潜力令人瞩目，宛如一块未经雕琢便已光彩内蕴的璞玉，然而任何艺术造诣的臻于化境都离不开时间的淬炼与经验的沉淀，玉森君未来的艺术之路同样需要持续的积累与磨砺。与此同时，公众也通过其发布的个人写真照片，从另一个视角领略到他于舞台角色之外的多面魅力与独特风采。