李沐宸早年曾拍摄多款广告，出演微电影、网络电影《
少女龙婆》，拍摄过多款游戏大片，同时还是平面模特，知名车展、游戏展等首推模特。
2016年12月，李沐宸参演由
孙放执导的竞技青春校园剧《电竞纪元》，在剧中饰演拥有高颜值个性古灵精怪的电竞选手“周逸阳”。
2017年1月，与刘海宽共同主演青春校园奇幻剧《
我的仙界学院》，在剧中饰演勇闯仙界的凡间少女“墨玹”，开始受到外界关注。7月，参演的《鬼吹灯之黄皮子坟》在腾讯视频播出，饰演一个泼辣又大大咧咧的东北姑娘“燕子”，并凭借该剧于同年12月获得腾讯视频星光大赏年度潜力电视剧女演员奖。
2018年12月，与
尼坤、
王霏霏、
王子睿共同主演都市职场爱情轻喜剧《勇往直前恋上你》，在剧中饰演职场白领“陈欣悦”，用自然的表演最大程度还原了一个职场新人的真实变化，让观众引起共鸣；在拍摄进程中认真严谨的态度，也得到了不少业内前辈的认可。
2019年5月，主演曹伟执导网络剧《
何人生还》，7月，与杨洋、
江疏影、
赖雨濛、等领衔主演的电子竞技题材青春励志剧《全职高手》在腾讯视频上线，在剧中饰演骄傲又疏离气质的“唐柔”。
2020年3月，参演个人首部古装剧《九州·天空城II》在腾讯视频上线，在剧中饰演集英气与柔情于一身的女将军“涟漪”。2021年3月，与
景甜、
张彬彬主演的玄幻剧《司藤》开播，在剧中首度挑战反派角色饰演“沈银灯”而备受观众关注；同年5月，参演的电视剧《我的漂亮朋友》、浪漫轻喜剧《一不小心捡到爱》先后在腾讯视频、优酷开播。
2022年3月，与杨紫、肖战共同主演的现代都市情感剧《余生，请多指教》播出，在剧中饰演“萧珊”，因其精湛的演技而获好评；6月，搭档
陈晓、
刘亦菲等主演的古装励志剧《梦华录》在腾讯视频播出，在这部讲述一场封建时代女子冲破桎梏，勇闯商场的古装大戏饰演聪慧机灵的“葛招娣”，其对角色的精准把握而受到观众的认可与喜爱，并凭借该角色入围第三届新时代国际电视节斑彩螺奖新时代最佳新人女演员。同年9月，出演的网剧《浮生之异想世界》播出。
2023年起，李沐宸开启短剧之路，其主演的短剧《齐妙请微笑》《影后的复仇》《招惹》先后播出；在《招惹》饰演女主角“姜罂”，以其身上的救赎感和剧中的绝美妆造都获得了网友和观众的热切关注。11月2日，主演的文物保护题材悬疑短剧《赵小姐的日记》杀青；11月9日，主演的短剧《与你的九次相遇》播出，在剧中饰演闵英。
2024年1月，主演的短剧《噬心》播出，在剧中饰演秦若瑶/殷若水。其后分别特别出演古装仙侠剧《仙剑四》和古装武侠网络微短剧《执笔》。5月8日，出演的近代传奇剧《天行健》播出。7月，出演由刘彬杰执导的古装剧《龙王令》开机。7月28日，参演的短剧《
赵小姐的日记》播出。10月13日，加盟的《
开播！短剧季》播出。
作为新生代女演员的李沐宸，凭着对于表演的热爱和与生俱来的灵气进入演员这个行业后，更加努力上进，不断的挑战各种性格迥异的角色，拓宽戏路，磨练演技，用努力和实力证明自己，也让更多人看到了李沐宸作为演员的可塑性。（环球网评）
在网剧《招惹》中，李沐宸饰演的女主“姜罂”，出场就凭其美貌收获了一众“颜粉”的赞誉，她在剧中“姜罂”的扮相令人惊艳。随着剧情的深入，角色身上的凄楚复杂，坚韧聪慧等性格被立体展现，剧中角色跨度之大，内心之丰盈，演绎之精准，无一不展现着李沐宸对角色的用心和演技的熟稔。（大众网评）