2011年，被导演林书宇挖掘，参与拍摄了成长爱情奇幻电影《星空》，饰演沉默又叛逆的少年小杰，与同样家庭不幸的小美产生了别样情愫，该影片首周票房破千万；林晖闵凭借担任该该片的男主角获得第14届台北电影节最佳新演员奖，并入围第49届台湾电影金马奖佳新演员奖和第6届亚洲电影大奖最佳新演员奖；同年参加综艺节目《康熙来了》 。2012年5月，出演台湾亲情电影《看不见的光影》，饰演阿聪，与吴敏演绎了一段亲情故事 ；10月，与管羽、李语绮搭档主演由滕华弢执导的亲情微电影《我的爸爸》，在剧中饰演管羽的儿子多多 。2013年1月，出演家庭剧情电影《逗阵ㄟ》，在剧中饰演一家子中的哥哥刘国梁 ；1月6日，同梁修身、阿娇等参加台湾娱乐节目《百万小学堂》；9月进入国立安康高中就读 ；9月10日，携手阿信、言承旭、林依晨等共同主演由相信音乐公司制作的演唱会电影《5月天诺亚方舟》 。2015年，在台湾公共电视人生剧场电视剧《今天我代课》中饰演俊华一角。2016年，考入国立台北艺术大学。