2004年，阮經天首度參演偶像劇《米迦勒之舞》，飾演個性乖戾、經歷曲折的天才舞者Ghost並受到了導演鈕承澤的關注。
2005年，阮經天出演三立偶像劇《綠光森林》，飾演第二男主角靳元方，片中飾演了一位從一而終守候女主角、不求回報的小提琴家。但拍攝時與女主角劉品言傳出緋聞，因此被電視台雪藏。
2006年，在《花樣少年少女》中飾演專與男主角（吳尊）作對、口硬心軟的跳高選手申樂。
2007年初，偶像劇《熱情仲夏》開播，阮經天在劇中飾演木訥搞笑的高中劍道社社長周喬杉。同年，出演了導演鈕承澤的療愈系偶像劇《我在墾丁天氣晴》，阮經天在片中飾演兩位男主角之一單親家庭長大的插畫家郭紹南。成為鈕承澤的「四大弟子」之一，並與同片演員彭於晏、張鈞甯結為好友。
2007年，與彭於晏合演電影《六號出口》，飾演熱愛滑板的天才黑客Vance，整天與死黨一起追求新的刺激，反映現代年輕人的迷思與迷茫。同年，在電影《神選者》中飾演阿建（未上映）。
2008年初，阮經天與陳喬恩主演三立電視台偶像劇《命中注定我愛你》，飾演個性幼稚優柔但為人善良
的年輕企業家紀存希，這是阮經天出道以來首度擔任第一男主角。播出第十三集的《命中注定我愛你》時，拍攝場景搬移到上海，單集最高分段收視率也再度創下10.93%的新高，表示台灣當地共有377萬人同時收看。該劇也獲得國際媒體《華爾街日報》的專題報道。
《命中注定我愛你》獲得美國媒體華爾街日報的報道。並以全劇平均收視7.45%、單集最高分段收視13.64%的成績收官，打破了2005年《王子變青蛙》保持了三年的紀錄，創造了台灣偶像劇史的最高收視紀錄。《命中注定我愛你》入圍「第43屆金鐘獎」的六項提名，並獲得「戲劇節目獎」和「節目行銷獎」。阮經天以22,989,720次的百度網頁和視頻搜索量獲得了百度娛樂沸點2008年度盤點「最熱門偶像演員」。
2009年1月4日，由阮經天擔綱的另一部偶像劇《敗犬女王》上檔，第
一集便開出平均收視4.03的紅盤，又屢次刷新收視記錄，於2009年5月31日以單集平均7.35的高收視收官。《敗犬女王》在2009年台灣電視金鐘獎獲得包括「戲劇節目獎」和「最佳導演獎」等六項提名，阮經天所主演的三部電視劇（《我在墾丁天氣晴》、《命中注定我愛你》、《敗犬女王》）全部獲得「最佳戲劇獎」和「最佳導演獎」的提名。 阮經天和楊謹華主演三立電視台偶像劇《敗犬女王》，連續21周獲得同時段收視率第一。
在2009年開拍的由鈕承澤執導，李烈監製的台灣電影《艋舺》中，阮經天飾演一個1980年代晚期台北艋舺的一個高智商，個性內斂冷靜的黑社會分子何天祐（和尚），並隨片赴法國戛納影展參與宣傳。《艋舺》為一部描述早期萬華地區黑道勢力故事電影。這是一部有著黑幫背景的青春動作片，是一段青春記事。
《艋舺》於2010年2月5日春節檔期在台灣上映，上映不到10天，台灣票房衝破約1億5千萬元新台幣，成為首周票房冠軍，更創下台灣本土電影史首周票房紀錄。2010年10月1日，阮經天憑借《艋舺》入圍第47屆金馬獎最佳男主角，是台灣地區唯一一位入圍的男藝人；2010年11月20日憑借該片獲得第47屆金馬獎最佳男主角。
2012年2月14日，由鈕承澤導演，趙薇、舒淇、阮經天、趙又廷、彭於晏等主演的愛情電影《LOVE》上映，阮經天出演了「口吃處男」一角。
2012年12月20日，由劉偉強執導的電影《血滴子》上映，其中阮經天、黃曉明，李宇春，余文樂，井柏然，蒲巴甲，週一圍等擔任主演，阮經天飾演血滴子隊長冷。
2014年9月5日，阮經天主演的電影《軍中樂園》在台灣上映。12月，阮經天搭檔Angelababy、郝蕾、熱依扎等出演《謀殺似水年華》，2015年3月殺青。
2015年1月16日，阮經天主演的電影《暴走神探》在中國大陸上映。同年參演的愛情電影《戀愛中的城市》將於8月20日上映。