二零零二年,他迎来了个人演艺生涯的开端,在由陈宝国、柳云龙、宋春丽联袂主演的悬疑警匪剧《公安局长》中,饰演了红莓歌厅的老板丁军一角。这部作品不仅标志着他首次涉足电视剧领域,也正式为他打开了演艺圈的大门。两年后,即二零零四年,他参演了由钟秋、夏雨、葛存壮担纲主演的革命历史题材电影《我的法兰西岁月》,并在片中塑造了革命先驱蔡和森的形象,这成为了他电影作品的起点。同年,在演员宋楚炎的写真集中也能见到他的身影。到了二零零五年,他加盟由杨幂、刘德凯、陈思诚主演的古装历史剧《王昭君》,出演了与女主角王昭君自幼青梅竹马的角色王怀,这是他首次尝试古装剧的演出。二零零六年十一月二十日,他与梁冠华、张子健、姜昕言共同出演的古装悬疑推理剧《神探狄仁杰第二部》正式播出,他在剧中扮演了营州都督赵文翙。次年,即二零零七年,他与宋春丽、牛莉、王刚合作,主演了军旅题材电视剧《红梅花开》,并成功塑造了男主角牛兆强这一形象。 二零零八年三月十五日,其参演的另一部古装悬疑推理剧《神探狄仁杰第三部》播出,他在剧中饰演了黑衣社的坤位圣骑士、同时也是王锴弟弟的王蔷;同一年,他还出演了由陈宝国、谢钢、周里京主演的年代剧《茶馆》,在剧中扮演王利发的儿子大栓,与陈宝国饰演了一对父子,两人的对手戏颇具看点。二零零九年,他与宋春丽、朱雨辰、郝平合作,主演了家庭伦理剧《成家立业》,在剧中诠释了狡猾多端的文化公司老板孙大龙;此后,他又在梁冠华、须乾、李泽锋主演的民国探案剧《大侦探》中亮相,饰演区小曼的哥哥区小石;也是在这一年,他与郭晓冬、张萌、宋春丽联袂主演了情感励志剧《成长》,在剧中化身为空军飞行员宋启良。 二零一零年,他与沙溢、宋春丽、奚美娟合作,主演了家庭伦理剧《情与缘》,饰演医院业务科长石新民;同年,他还与翁虹、戴娇倩、李芯逸共同主演了都市情感剧《微风吹乱的爱情》,在剧中扮演了老实憨厚的角色刚子。二零一一年,他参与了根据高建群长篇小说《最后一个匈奴(上卷)》改编的革命抗战剧《盘龙卧虎高山顶》的拍摄,该剧由潘粤明、刘涛、王超主演,他在剧中饰演了为人仗义且极有主见的土匪魏鬼;同年三月,他受邀参加了深圳卫视明星情感秀节目《大牌生日会》的录制;此外,他还与邢佳栋、岳跃、王海燕合作,主演了涉案刑侦剧《缉毒精英》,在剧中饰演了一位资历深厚、能够独立办案的警察范英浩。在演员宋楚炎的剧照中,也能找到他这一时期的身影。 二零一三年,他与秦海璐、吴刚、岳秀清合作,主演了都市亲情剧《全家福》,在剧中饰演男主角王满堂的儿子柱子,与吴刚演绎了一对父子关系;同年,他还与宋春丽、张光北、舒耀宣联袂主演了抗战题材电影《正骨》,在片中饰演了医术高明的男主角郭春远。二零一四年,他搭档殷桃、李东学、刘雨鑫,主演了家庭情感剧《假如幸福来临》,在剧中扮演女主角叶百合的前夫庄子约;同年,他还与陈宝国、李修贤、李立群合作,主演了警匪刑侦剧《湄公河大案》,在剧中饰演云南省西双版纳州公安局禁毒支队副支队长梁欢。 二零一五年,他与海顿、翁虹、赵恒煊、杜旭东合作,主演了抗战剧《我是赵传奇》,在剧中饰演八路军战士吕春明;同年七月,他与韩烨、成方旭、侯天来合作,主演了都市情感剧《谎言的诱惑》,在剧中饰演东江集团的经理陈文浩;之后,他出演了由孙俪、方中信、黄轩主演的古装历史剧《芈月传》,在剧中饰演护送芈月前往燕国的杜锦将军;也是在这一年,他与陈月末、孙楚鸿、高艺丹合作,主演了青春励志剧《突击再突击》,在剧中饰演特种大队副大队长李铁。 二零一六年,他出演了由罗媛元执导的微电影《一次离别》,在片中担纲男主角吴今,并凭借此片获得了“第三届中国国际微电影节(杭州)颁奖典礼”最佳男主角奖的提名;同年,他还与张桐、郭广平、夏志远合作,主演了革命题材剧《绝命后卫师》,在剧中饰演了木子李一角。二零一九年七月二十九日,他参演的年代剧《特赦1959》在中央电视台综合频道首播,并在腾讯视频和央视网同步播出,他在剧中饰演了周养浩。二零二零年,他参演的电视剧《巡回检察组》播出,在剧中饰演沈广军。 二零二二年一月二十八日,他参演的电视剧《人世间》播出;同年八月二十九日,其参演的另一部电视剧《消失的孩子》播出;十一月二十七日,他参演的电视剧《风吹半夏》也与观众见面。二零二四年六月,他友情出演的电视剧《以法之名》顺利杀青;同年十二月十六日,他主演的电视剧《清明上河图密码》正式播出。进入二零二五年,其演艺活动依然活跃:四月十五日,参演的电视剧《悬镜》播出;六月十八日,另一部参演剧集《淬火年代》播出;六月二十四日,出演的电视剧《以法之名》播出;七月十五日,参演的电视剧《浴血荣光》播出;八月十三日,参演的电视剧《反诈猎蜂者》播出;十月十日,参演的电视剧《三江潮》播出;十一月一日,参演的电视剧《树影迷宫》播出。二零二六年一月三十日,其参演的电视剧《生命树》也如期与观众见面。
宋楚炎的表演充满张力且极具爆发力,他能够精准地把握人物内心的复杂转折,并将其生动地呈现于观众面前。他展露的笑容常常带着一种温暖人心的力量,而在电视剧《突击再突击》中,他更将高原军人那份坚毅不屈的精神风貌刻画得入木三分,令人印象深刻。在电影《正骨》里,宋楚炎的表演转而趋于内敛含蓄,成功塑造了一个在大爱面前毅然放下个人私怨的民族楷模形象,这一角色显得格外鲜活而感人至深。作为一名实力派演员,宋楚炎拥有极强的可塑性,能够轻松驾驭各类角色,演绎起来可谓驾轻就熟。在电视剧《假如幸福来临》中,他极为贴切地诠释了庄子约这一人物,通过该剧多样化的形象展现,进一步拓宽了其表演戏路,展现出更加丰富的艺术层次。