2000年，高天出演了个人首部电视剧《绿茵少年》，在剧中饰演石坚，从而正式出道 。 2001年，出演刘蓓、何美钿、邢岷山、陈宝国主演的古装剧《神捕十三娘》，在剧中饰演石墩 。2003年，出演个人首部电影《惊涛骇浪》，在剧中饰演林为群；同年，凭借电影《惊涛骇浪》获得第十届北京大学生电影节最受欢迎男演员提名 。2004年，凭借电视剧《母亲》获得中国电影电视新星榜最具潜力男演员 ；同年，出演国内首部追忆老铁道兵战斗生活的电视剧《铁色高原》，在剧中饰演康冬宝 。2006年，与张晨光、郑则士、莫少聪合作主演清末剧《黄飞鸿五大弟子》，在剧中饰演黄飞鸿的弟子牙擦苏 ；同年，凭借电影《零公里》（又名《天路英雄》）获得第十二届北京大学生电影节最受欢迎男演员提名 。2007年，与冯鹏、宋昊林、黄垒鑫合作主演律政剧《法庭风云》，在剧中饰演许欣。2008年，在云南少数民族音乐电影《阿峨之恋》中担纲男一号卢龙柱 ；同年，出演国内首部保密题材的电视剧《密战》，在剧中高天饰演沈伟国儿子的沈小涵 。2009年，高天主演的电影《阿峨之恋》入围第18届中国金鸡百花电影节“国产新片影展单元” ；同年，出演刘伟强执导的动作电影《精武风云》，在剧中饰演大刚 。 2010年，与王志飞、刘蓓、谭洋合作主演清末民初情感剧《草根王》，在剧中饰演高买行的高手龙灿 ；同年，出席第十届中国长春电影节，高天主演的电影《阿峨之恋》获得了“金麦穗”提名 。2011年，出演刘伟强执导的古装武侠3D电影《血滴子》，在剧中饰演足智多谋、勇敢强悍的军师胡图 。2012年，出演王晶执导的电影《大上海》，在剧中饰演颇有流氓习气的侦缉队长裴队长，与李心彤有对手戏 ；同年，出演陈嘉上、秦小珍执导的电影《四大名捕2》，在剧中饰演十二元凶之一的欧阳大 。2014年，与颖儿、王传一、杜俊泽合作主演时尚家庭轻喜剧《美妙的奇遇情缘》，在剧中饰演男三号奚望 。2015年，与蒲巴甲、邵兵、徐冬冬合作主演抗战剧《第一伞兵队》，在剧中饰演反派角色唐壁 。