在进入新世纪的两千年，怀抱着对戏剧与影视表演艺术的深切向往，李卓霖成功通过了严格的选拔，成为北京电影学院表演系的一名本科生。求学期间，他积极投身于丰富的艺术实践，不仅刻苦钻研专业课程，还多次踊跃参与由学校精心策划和举办的各类文艺汇演及多部话剧作品的舞台演出，积累了宝贵的舞台经验。在完成本科阶段的学习后，他继续深耕学术与专业领域，通过不懈努力，最终获得了北京电影学院颁发的艺术硕士学位，标志着其专业造诣达到了新的高度。基于其出色的专业素养与学术背景，李卓霖随后受聘于母校，担任北京电影学院表演系的导师，将其所学所思倾注于新一代表演人才的培养之中。
二零零九年，他参演了由成科导演执导的都市悬疑题材电视剧《金融危机之迷情姐妹》，在剧中扮演了女主角林若子的男友杨立明一角，并与演员李佳璘共同演绎了一段情侣关系。这部作品不仅是他在电视剧领域的首次尝试，也标志着他正式踏入了演艺行业，开启了自己的职业演员生涯。二零一零年，他在文章与陶飞霏领衔主演的抗战剧《雪豹》中亮相，饰演了一位充满书卷气质、佩戴眼镜的角色张楚，凭借这一形象开始获得观众与业内的关注。二零一一年，他与张若昀、李曼、吴婷等演员共同主演了谍战剧《黑狐》，在剧中他挑战了日军高级特工山口一男这一角色，将其机智敏锐且深藏不露的特质刻画得入木三分，这也是他首次在影视作品中尝试扮演日本军人的形象。《黑狐》饰演山口一男。到了二零一二年，他与乔鹏樾、朱杰、张若昀合作，主演了抗战题材剧集《雳剑》，在剧中他诠释了性格深沉、富有责任感的日军少将斋藤，进一步展现了其塑造复杂角色的能力。《雳剑》饰斋藤。二零一三年，他再次投身谍战剧的创作，与刘小锋、夏添、吴承轩共同主演了《风影》，在剧中他担纲男主角，饰演了勇敢机智的冉华。值得一提的是，他不仅作为演员参与演出，还同时担任了该剧的编剧之一，亲自负责了冉华这一角色的相关剧本创作工作。同年，他还出演了由张磊和于立清联合执导的谍战剧《血色玫瑰之女子特遣队》，在剧中扮演了原本效力于汪精卫麾下、后转而投身抗日事业的爱国人士陶崇斌，展现了角色在历史洪流中的转变与挣扎。《风影》饰演冉华（左）《风影》饰演冉华《风影》饰演冉华《风影》饰演冉华《风影》饰演冉华《风影》饰演冉华《风影》饰演冉华《风影》饰演冉华《风影》饰演冉华《风影》饰演冉华《《风影》饰演冉华《风影》饰演冉华
二零一四年，他首次参演了抗战题材电视剧《光影》，并在其中饰演了角色高龙，由此正式开启了其演艺生涯。次年，他迎来了一个重要的突破，在王利兴导演执导的谍战剧《狐影》中，他担纲男主角，出演了思维缜密、反应机敏的雷震一角，凭借这一角色获得了观众与业界的广泛关注，人气显著提升。同年八月，他还受邀参与了云南卫视综艺节目《勇者奇兵》的录制，展现了其在影视剧之外的荧幕形象。也是在二零一五年，他参演了由黄渤、孙红雷、黄磊等知名演员联袂主演的喜剧悬疑电影《极限挑战》，在片中他诠释了青翼蝠王韦一笑这一经典角色，这不仅是他的大银幕首秀，也标志着他演艺事业的多维度拓展。 进入二零一六年，他与章雯淇、陶为、冯越等演员共同主演了抗战剧《冰锋》，在剧中他饰演的男主角明翰是一个兼具情义、勇气与智慧的角色，其表演进一步巩固了他在抗战题材作品中的地位。二零一七年九月十二日，他的事业轨迹增添了新的方向，他首次执导了公益微电影《第十七次抛弃》。这部作品深刻描绘了一位因儿子患有自闭症而被迫辞职的单亲母亲，内心对儿子爱怨交织的复杂情感，以及在生活重压之下屡次面临艰难抉择的心理历程，展现了他作为创作者的人文关怀。 二零一九年年底，他主演的作品密集播出。十一月二十九日，其主演的悬疑犯罪系列剧《法医秦明之致命小说》正式与观众见面。紧接着在十二月二十九日，另一部他主演的悬疑犯罪系列剧《法医秦明之血色婚礼》也如期播出，他在剧中成功塑造了林涛这一角色，获得了不错的反响。时间来到二零二三年，其演艺活动依然活跃。三月二十一日，由王利兴导演执导的电视剧《蝶影》播出，他在剧中饰演了中共上海地下党情报部门负责人宋逸坤，这是一个颇具分量和历史感的角色。同年五月十九日，其主演的剧情电影《你好，鸽先生》也与观众见面，他在片中饰演了角色高建鹏。此外，他亦曾拍摄一组身着红色华服的雅痞风格写真，展现了其时尚与个性兼具的另一面形象。
李卓霖是一位功底扎实的实力派演员，其科班出身的专业背景为他的表演注入了鲜明的学院风格，那种严谨而细腻的演绎方式，以及独具个人特色的角色处理能力，构成了他表演艺术中的核心优势。在电视剧《风影》中，李卓霖凭借精湛的演技，将冉华这一具有时代代表性的虚构人物塑造得鲜活而立体，赋予了角色丰富的层次与感染力。而在另一部作品《雪豹》里，他又成功诠释了书卷气浓厚却精于武器制造的张楚，其表演自然而生动，恰到好处地把握了人物内在的矛盾与特质。李卓霖在演艺事业中始终秉持着高度的敬业精神，同时不断追求表演形式的创新与突破。他不仅拥有扎实的表演实力与出众的外形条件，更兼具艺术才华与敢于挑战的勇气。其沉稳内敛的个人气质与刚毅英朗的外在形象相得益彰，尤其适合诠释历史正剧与抗战题材作品，因而被许多观众亲切地称为“抗战剧扛把子”。无论是身着剪裁得体的英伦时尚西装，低眉沉思，还是凝神观察，他总能流露出一种成熟男性特有的优雅、睿智与冷静的魅力。而当李卓霖换上红色皮衣，以犀利目光搭配个性十足的山羊胡造型时，则又混合出一种英雄气概与雅痞风格交织的独特韵味，进一步展现了其宽广的戏路与多变的银幕形象。