2007年凭借在张弛执导的《地下天空》中饰演忧郁内向的矿区少年井生进入影视圈。2008年因参演李少红版《红楼梦》中薛蝌一角而崭露头角。2009年主演电影《无人驾驶》和《成都我爱你》。2013年担任加拿大安大略旅游推广大使;2014年2月因主演娄烨作品《推拿》而获得关注,同年主演历史言情剧《女医·明妃传》和历史传奇剧《芈月传》;10月黄轩主演的电影《黄金时代》和《蓝色骨头》正式上映。在各大卫视黄金时段热播的《红高粱》中饰演张俊杰。2014年12月17日,黄轩获得2014国剧盛典年度飞跃男演员。2015年任上海国际电影节亚洲新人奖评委 。同年,登《智族GQ》杂志九月刊封面,并获得《智族GQ》年度突破艺人奖 。11月由黄轩与孙俪主演郑晓龙执导的历史传奇剧《芈月传》正式播出,引起广泛关注。2016年,其主演的职场剧《亲爱的翻译官》取得全国年度电视剧收视冠军;同年,凭借电视剧《女医·明妃传》获得“第三届文荣奖”最佳男主角奖。2017年,获得“中国电视剧品质盛典”年度最受喜爱的品质剧星奖;3月31日,其主演的警匪动作电影《非凡任务》上映;11月21日,其参演的《海上牧云记》在爱奇艺、腾讯、优酷首播;12月22日,其参演的电影《妖猫传》在中国大陆上映。2017年12月,参演的电影《芳华》在中国上映。