2008年出演《红楼梦》中饰演薛蝌一角；同年主演电影的《春风沉醉的夜晚》获得第六十二届戛纳国际电影节最佳编剧银棕榈奖，影片中黄轩饰演叶晓。

　　2009年黄轩与刘烨、王璐丹等主演的爱情电影《无人驾驶》上映，黄轩饰演里加；同年主演的电影《成都我爱你》入围威尼斯电影节。

　　2010年黄轩出演电影《激浪青春》饰演赵家丰，并客串电影《建党伟业》；同年主演《黎明前的暗战》和《你是我的幸福》两部电视剧。

　　2011年黄轩主演电视剧《铁血男儿》扮演孙越泽，这是黄轩首次饰演反派角色；7月份主演的电影《青魇》上映，该片入围36届莫斯科电影节非竞赛单元。

　　2013年担任加拿大安大略旅游推广大使。同年主演电影《推拿》和电视剧《女人帮》等，其主演电影《推拿》荣获柏林电影节“最佳艺术贡献奖银熊奖”。黄轩也凭借“小马”一角，获第64届柏林电影节最佳男主角提名。

　　2014年由黄轩、周迅主演，郑晓龙执导，莫言原著的民国大剧《红高粱》，黄轩凭借九儿初恋“张俊杰”一角，获封“国民初恋”；10月黄轩与汤唯、冯绍峰等主演的电影《黄金时代》及崔健执导，北野武监制的电影《蓝色骨头》陆续上映。

　　2015年黄轩受邀参加湖南卫视的原创动物真人秀节目《奇妙的朋友》。节目中升级成为猩猩奶爸，与小动物温馨互动。同年主演的爱情电影《恋爱中的城市》上映。11月由黄轩、孙俪主演，郑晓龙执导的历史传奇剧《芈月传》正式播出，黄轩凭借芈月初恋“黄歇”一角走红荧屏。

　　2016年黄轩主演的电视剧《女医·明妃传》、《翻译官》、《猎人》、《九州·海上牧云记》等，电影《长城》等，更多影视剧作将陆续与观众见面。