1958年，廖丙炎进入湖南省话剧团工作。1976年，主演改编自同名话剧的电影《
枫树湾》。1979年，在话剧《战友》中饰演毛泽东，成为最早一批饰演毛泽东主席的演员之一。
20世纪80年代，廖丙炎主演的话剧《望断云天》，曾获得湖南省第二届戏剧季演出一等奖。1985年，出演犯罪爱情电影
《一个女演员的梦》。1988年，在小剧场话剧《今天星期七》中，饰演有些迂腐而难以适应生存环境的精神病医生白文涛。
1999年1月3日，廖丙炎出演的电视连续剧《
雍正王朝》首播，剧中饰演趋红英踩黑、见风使舵的国舅爷佟国维。2002年，主演话剧《水下村庄》，在剧中饰演柳庆爹。在次年播出的电视剧《
走向共和》中饰演
张之洞一角。2005年12月16日，出演的古装电视剧
《大清风云》首播，其在剧中饰演努尔哈赤次子--爱新觉罗·代善。2011年，在原创话剧《人啊人》中饰演男主角刘志斌，而在演出中，他以72岁高龄在舞台上做出后滚翻动作；同年，在电视剧《新四军女兵》中饰演向墨衷。
2000年，廖丙炎退休后担任
湖南大众传媒职业技术学院影视艺术系主任、影视艺术学院名誉院长。2010年，他与张克俭、
冯一粟等人共同发表论文《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》，获得2010年湖南省高等教育省级教学成果奖三等奖。在他担任湖南大众传媒职业技术学院领导后，表演艺术类专业从初创时的1个增至6个，学生人数从30人增至600余人，教师人数从6人增至72人。
廖丙炎曾任湖南省艺术系列高级职称评审委员会委员、
中国戏剧家协会会员、
湖南省戏剧家协会理事、中国电影家表演学会会员、
湖南省电影家协会会员，曾先后担任
湖南省话剧团副团长、团长，湖南大众传媒学院影视艺术学院荣誉院长等职。
2015年6月，廖丙炎被查出罹患
淋巴肿瘤后住院，并进行多次化疗，他调整心态，积极配合治疗。2016年1月9日，廖丙炎因淋巴癌逝世。
2015年8月14日，微博认证为“
湖南卫视《
百科全说》制片人”的网友李隽宇微博发文，称廖丙炎与教师张欢存在不正当男女关系，并与张欢威胁捆绑女方丈夫；8月15日，廖丙炎、廖凡父子发布律师公函，公开否认此消息，并要求该网友删除涉嫌诽谤的信息并承担包括公开赔礼道歉等在内的一切法律责任。
8月16日上午，“湖南大众传媒职业技术学院影视艺术学院官微”发布《关于近期一些问题的几点说明》一文，否认李隽宇的爆料内容，称其曾到学校闹事，并被警方带走拘留15天 。
2015年8月17日凌晨，廖凡再次发表声明，表示将利用法律手段维护自己的合法权益，还原事情真相；8月19日，廖丙炎以侵犯名誉权为由，将新浪微博和发布微博的博主诉至法院，要求双方停止侵权赔礼道歉，并要求涉案人赔偿损失53.5万元人民币。
廖丙炎在《
枫树湾》中的表演颇具野性，因为拍的毕竟是发生在湖南的“痞子运动”。他用敬业、奉献和坚守，给年轻教师和学生上了生动的一课，诠释了一个演员“戏比天大”的艺术情怀。他为湖南演艺湘军、电视湘军培养了一批高素质的艺术人才，催生了不少具有广泛社会影响力的原创文化产品，带领影视艺术系的师生走出了一条从无到有、从弱到强的专业发展之路。在他身上，德与艺水乳交融，也看到了他对艺术的虔诚和对教育事业的忠诚，看到了人的真、善和美。他让人明白对学生教育要严，犯错误不要一棍子打死，要给他们机会改正。他是受人尊敬的艺术家，其生如春花之绚烂，逝如秋叶之静美。（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 官微 综合评价）