2000年,李卓霖怀揣着对表演的热爱,顺利考入
北京电影学院表演系;在校期间,他还多次参加了学校组织的文艺汇演及话剧演出。之后,他又取得了北京电影学院艺术硕士的学位,并担任北京电影学院表演系的导师。
2009年,出演
成科执导的都市悬疑剧《
金融危机之迷情姐妹》,在剧中饰演女主角林若子的男朋友杨立明,与
李佳璘饰演一对情侣,这是他的首部电视剧作品,从而正式进入演艺圈。
2010年,出演
文章、
陶飞霏主演的抗战剧《
雪豹》,在剧中饰演书卷气息浓厚的眼镜男张楚,从而受到关注。
2011年,与
张若昀、
李曼、
吴婷合作主演谍战剧《
黑狐》,在剧中饰演机智灵敏且城府极深的日军高级特工山口一男,这是他首次在影视剧中尝试日本军人的角色。
2013年,与
刘小锋、
夏添、
吴承轩合作主演谍战剧《
风影》,在剧中饰演机智果敢的男主角冉华,此外他还是该剧的编剧之一,并负责冉华部分的剧本创作;同年,出演张磊、于立清执导的谍战剧《
血色玫瑰之女子特遣队》,在剧中饰演原为汪精卫幕僚的抗日人士陶崇斌。
2015年,出演王利兴执导的谍战剧《
狐影》,在剧中饰演思维缜密且反应灵敏的男主角雷震,从而获得更多关注;同年8月,参加云南卫视综艺节目《勇者奇兵》的录制;同年,出演
黄渤、
孙红雷、
黄磊主演的喜剧悬疑电影《
极限挑战》,在片中饰演青翼蝙王韦一笑,这是他的首部电影作品。
李卓霖是一位实力派演员,科班出身的经历让他的表演充满了学院风格,严谨以及独具特色的演绎风格是他的杀手锏。李卓霖在电视剧《风影》中生动形象地呈现了冉华这个具有代表性的虚构人物。李卓霖在电视剧《雪豹》中,将书生气十足却专攻制造武器的张楚饰演得自然而又生动。李卓霖不仅敬业,而且还有着创新的态度。他实力与外形兼并,才华与勇气并存(网易评)。
李卓霖不仅有着沉稳的气质、刚毅的外形,他还具备了抗日剧的体质。李卓霖被称作为“抗战剧扛把子”,他身着英伦时尚西装,时而低眉思考,时而专注观察,透露出成熟男人优雅、睿智、冷静的魅力。李卓霖身着红色皮衣,犀利的目光与个性的山羊胡混合出英雄加雅痞的别样味道(新华网评)。