2000年左右,斎藤工曾在香港旅居数月从事模特工作,回到东京后,在一次聚会活动中被香港的朋友介绍给导演山川直人,遂敲定其为《时间的香气》男主演,开始演艺生涯。2005年时,因为一次预定出演中国某电视剧的企划落空,忽然多出一大段空白期的斎藤工参加了网球王子舞台剧的试镜会,顺利得到忍足侑士一角。网球王子舞台剧的大获成功让他在一段时间内人气急升。2010年起,因为三池崇史导演的深夜剧《黑豹如龙新章》和首次主演常规剧《最上の命医》的成功,开始邀约不断,甚至一度创下了连投7,8季的记录。电影方面也与三池崇史,村上隆,宅间孝行等著名导演有所合作,《
爱与诚》在戛纳电影节的夜间单元获得了来自世界的好评。2013年因热门电视剧《飞行员小姐》中的教官一角而人气高涨,更拿下TVnari读者票选年度助演男优赏；1月8日,出演由饭岛直子和上户彩共同主演的电视剧《阳光照耀的未来》播出。2014年因热门电视剧《
昼颜~工作日下午3点的恋人们》拿到「オリ★スタ」1000名读者票选的2013夏季剧最佳男主演。年末凭借『昼颜～平日午後3时の恋人たち～』在第82回日剧学院赏中获得助演男优赏第二名。2015年热门人物纪录片节目《情热大陆》的播出成为其人气证明。并凭电影《
虎影》受邀赴西班牙,参加世界三大奇幻电影节之一的西班牙锡切斯奇幻电影节。2016年初,出演人气推理小说及漫画《火村英生系列》改编的电视剧《临床犯罪学者火村英生的推理》。主演9月在NHK播放的新剧《命运般的恋爱》。参演电影版《昼颜》。2017年,凭借其执导的作品《空白的13年》获得第20届上海国际电影节,亚洲新人奖最佳导演奖。2018年1月,出演由木村拓哉主演的电视剧《BG身边警护人》。4月与二阶堂富美主演朝日台电视剧《侦探物语》。参与执导HBOAsia《Folklore》第二集日本篇TATAMI。2019年4月与高桥一生,泷藤贤一出演电视剧《东京独身男子》,5月出演冈田准一版《白色巨塔》。主演电影《麻雀放浪记2020》4月5日上映,《MANRIKI》11月29日上映；主演Hulu特别剧《临床犯罪学者火村英生的推理2019》9月上线。同年出演电影《魔法少年WildVirgin》。2020年2月7日,参演电影《宅男腐女恋爱真难》上映。2月21日,总导演·制作·参演短篇电影合集《COMPLY+-ANCE》预定上映。5月1日,出演的的特摄片《剧场版秘密×战士幻影甜心！》上映。6月18日,主演的日剧《BG2～身边警护人～》首播。2021年5月,参演电影《再见残酷的世界》将于2022年秋季在日本上映。11月12日,出演的电影《
爱之目光》上映；参演电视剧《大豆田永久子与三位前夫》。2022年5月13日,主演特摄剧集《奥特曼》开播55周年的纪念电影《
新·奥特曼》上映。主演的漫改剧《桧山健太郎的怀孕》将在Netflix全球独播,该剧是Netflix与东京电视台共同策划,制作的Netflix原创系列电视剧；同年,参演电视剧《不只是语言》。2023年1月5日,参演的朝日台木九剧《警视厅outsider》播出；1月13日,共演的电影《
一刑的乌鸦》上映；1月27日,出演的电影《
传奇与蝴蝶》在日本上映。3月17日,出演的电影《
新·假面骑士》在日本上映。9月,执导的电影《SweetMyHome》上映。
