1997年出演电影《离婚了就别再来找我》。1998年参与拍摄电影《布拉格有张床》。2000年参演电影年《冲天飞豹》，合作演员胡军。2002年，参与拍摄电影《离婚了就别再来找我》。同年参演电视剧《刑警故事》，之后参演电视剧《猎豹出击》。2006年电视剧《刀锋1937》导演郭靖宇，饰演唐维特，是孙红雷的拜把兄弟。同时出演电影《绿帽子》，与廖凡合作。2007年参与主演电影《我的实习生活》，开始受到关注。2008年参演电影《一半是海水，一半是火焰》，在这部根据王朔同名小说改编的电影里扮演一位重情重义的角色郑重 。同年参演《高兴》，扮演黄八。2009年，参与拍摄电影《荒村公寓》，出演一名私家侦探，与“表弟”余文乐一起到荒村古宅中探秘。

2010年，参与拍摄由阿甘执导，亚洲首部全片3D立体电影《唐吉可德》。2011年电视剧《风声传奇》，饰演一位别样感觉的军统处长“王田香”。同年参演电视剧《红妆》，海一天饰演正义医生陈少凯。2013年，海一天出演央视黄金档家庭温情剧《有你才幸福》，剧中与老戏骨李雪健合作饰演儿子祺满雨。高满堂编剧新作《工人大院》中的艺术工人“张劲松”。

35集都市家庭伦理剧《有你才幸福》在央视一套黄金档播出。该剧讲述“老北京”祺瑞年接连遭遇房屋拆迁、老伴离世、儿女啃老、黄昏恋等关照老年人生活的故事。剧中出演祺家父子李雪健和海一天，在开播宣传活动上“父子重聚”，气氛温馨，海一天坦言仿佛又回到一年前的拍戏时光。在什刹海街道活动中心试播会上先看到《有你才幸福》的观众中，有的大叔大妈就觉得李雪健和海一天戏中演绎的祺家父子有眼缘，说两人站在一起还“挺搭”，有父子的气场。还真是戏里戏外“父子情深”，对于剧名“有你才幸福”该如何解读，李雪健和海一天都回答“你”并不是指一个人，是指身边的每一个人，显示“这对父子”的默契。 李雪健介绍说，当一个人到老年时回首往事会发现身边每一个人都很重要，剧名“有你才幸福”的“你”是指很多人，老伴、儿女、亲朋、甚至邻居，在老人眼里，少了谁都不行。