胡一天大学毕业后，本过着朝九晚五的生活，此后在朋友的建议下改行进入模特行业，完全没有经过专业培训的他只用了两个月就接拍了多个品牌广告，因一个偶然的机会而被华策影视挖掘，由此进入演艺圈。
2016年，胡一天出演《猫的树》系列微电影。同年，他因出演由郭敬明监制的青春偶像剧《夏至未至》，在剧致我们单纯的小美好饰演江辰中饰演欧俊一角，正式出道。2017年11月，胡一天首次担任男主角，与沈月合作主演青春爱情剧《致我们单纯的小美好》，在剧中饰演外冷内热的傲娇医生江辰，并演唱了片尾曲《是梦吧》，凭借该剧获得腾讯视频星光大赏年度潜力电视剧男演员奖。12月，参加湖南卫视《快乐大本营》的录制。2018年，加盟悬念式户外真人秀《二十四小时》第三季担任常驻嘉宾，展开趣味挑战与文化交流之旅；同年3月，加盟甜萌梦幻爱情剧《亲爱的，热爱的》，在剧中特别出演K&K战队队长、计算机天才吴白；同年7月，主演张赫洋导演电视剧《青春须早为》饰演90后创业达人“郑乾”。同年11月参演由作家八月长安同名小说改编的电视剧《暗恋橘生淮南》，饰演男主角盛淮南。照片2019年3月，搭档张云龙、肖燕等主演超级剧集《民国奇探》，在剧中饰演从英国留学归来的纨绔公子路垚。2020年1月16日，根据古龙同名小说改编的古装武侠剧《绝代双骄》在中央电视台电视剧频道播出，胡一天在剧中饰演男主角花无缺。
2018-01-01 2017国剧盛典青春网络新生代奖致我们单纯的小美好
2017-12-03 腾讯视频星光大赏年度潜力电视剧男演员奖致我们单纯的小美好
2017-12-18 COSMO时尚美丽盛典年度美丽偶像
2019-1-11 2018荔枝年度声魅大咖
2018-10-25 时代感染力奖
2019-10-17 2019福布斯中国30岁以下精英榜