2013年6月29日，快乐男声长沙唱区十强决选现场，华晨宇凭借原创的 《无字歌》全票晋级长沙唱区10强，也因此被称为“火星弟弟” 。9月27日，华晨宇以1606的总分夺得2013快乐男声全国总冠军 ，签约天娱传媒。同年9月，首支个人单曲《我和我》曝光，并收录于2013快男合辑《追梦敢不敢》 。2013年11月2日-2014年3月15日，2013快乐男声全国巡回演唱会先后在北京、上海、杭州等11大城市举办 。2013年11月16日-2014年1月18日，代表湖南卫视参加2013直通春晚，并成为首位获得2014央视马年春晚邀请函的选手。2014年1月30日，首登央视春晚舞台并演唱《在那遥远的地方》 。1月31日，在2014北京卫视春晚演唱《We are young》 。4月，加盟湖南卫视明星户外旅行真人秀节目《花儿与少年》 ，节目首播收视率即夺得同时段冠军 。6月28日，华晨宇2014火星演唱会开票，1分32秒售罄，多方协商后决定加场 。6月，为世界级男性杂志《智族GQ》七月号拍片并接受专访 。9月6日至7日，华晨宇2014“火星”演唱会在北京万事达中心连开两场 。9月6日，QQ音乐与芒果TV同步直播火星演唱会，开创明星演唱会O2O多屏直播互动模式新纪元，创多个行业新纪录 。9月19日，华晨宇个人首张专辑《卡西莫多的礼物》内地及海外版同步发行 。专辑曲风多样，以第一人称“我”来叙述，讲述“我”对于自己、对于世界的感受 。专辑海外版发行后在台湾五大唱片榜蝉联冠军 。11月24日，《HI歌》第四期播出，华晨宇演绎的《春》广受好评并最终成为年度Hi歌 。12月24日，受邀出席郎朗北京演奏会并现场合作钢琴版《卡西莫多的礼物》与《微光》。2015年1月1日，加盟辽宁卫视新年欢唱会并献唱。1月10日，华晨宇 演唱的《微光》被选为电视剧《何以笙箫默》的插曲 。2月8日（洛杉矶当地时间），受Billboard邀请作为VIP观礼嘉宾出席第57届格莱美颁奖典礼 。2月17日，加盟辽宁卫视春晚。4月27日，原创的人声实验作品《癌》全网上线 。5月11日，2015福布斯中国名人榜公布，华晨宇首次上榜，综合排名91。 5月23日，火星演唱会8月1日场在大麦正式开票，当天在线人数达16万人，仅35秒所有价位门票抢空，创线上售票新纪录，后追加两场 。7月31日—8月2日，2015火星演唱会在上海大舞台连开三场，成为内地新声代第一人 。8月1日，演唱会在腾讯视频和芒果TV线上直播，腾讯视频预约人数超20万，直播在线观看人数达264万，再创线上直播新纪录 。9月27日，受邀参加央视中秋晚会。10月28日，第二张专辑《异类》实体专辑在京东开启限量预售，上架仅一天，夺下销量日榜，周榜，月榜冠军。11月7日，首张数字专辑预售上线8分钟突破10万销量记录 。11月13日，国内首档音乐游学类真人秀《唱游天下》开播。12月18日，《异类》在海外各大数字音乐平台上线。12月22日，《异类》海外版正式上架。 12月31日，加盟湖南卫视跨年晚会。2016年1月7日，出席2015新浪微博之夜，斩获年度最受欢迎男歌手 及2015亚洲新歌榜冠军王两项大奖 。1月8日，加盟《郎朗的天空》新春国际音乐盛典，并于2月1日在辽宁卫视播出 。2月8日，在北京春晚献唱《写给未来的孩子》。3月4日，加盟《王牌对王牌》第六期，改编的《菠萝菠萝蜜》广受好评。3月7日，为电影《睡在我上铺的兄弟》献唱的插曲《横冲直撞》发布 。4月7日，为《火星情报局》献唱同名主题曲。4月9日，作为代言人出席第十六届音乐风云榜，获年度最佳专辑演唱和年度最佳偶像两项大奖 。5月8日，出席北京大学生电影节，首唱《横中直撞》；同日，在湖南卫视播出的《透鲜滴星期天》中大展厨艺。7月1日，加盟《奔跑吧兄弟》第四季最后一期。6月23日， 三专第一首单曲《巨鹿》发布。6月30日，《造物者》作为淘宝造物节主题曲登陆全网。7月1日，加盟《奔跑吧兄弟》第四季。7月2日，2016火星演唱会开启，北京站在乐视体育生态中心举办，成为内地新生代首位开四面台的歌手。8月21日上海站，9月16日深圳站，在乐视视频开启同步直播，总观看人数突破430万。7月8日，为电影《使徒行者》献唱主题曲《Here We Are》。8月3日，为电影《勇士之门》创作的《To Be Free》全网发布 。8月20日，加盟《挑战者联盟》收官夜。9月8日，由姚若龙填词的情歌《消失的昨天》正式发布。9月13日，华晨宇作曲，易家扬作词的单曲《我离孤单几公里》首发。9月27日，出席亚洲新歌榜2016年度盛典，揽获最佳男歌手奖。10月16日，东方卫视《天籁之战》首播，华晨宇作为明星导师接受素人挑战，因在节目中改编的《我的滑板鞋2016》及《齐天大圣》再次受到广泛关注。11月7日，为《相爱穿梭千年2》献唱主题曲《穿心》。12月2日，获2016MAMA亚洲最佳艺人（中国区）奖。