2006年，参加“加油！好男儿”获得武汉赛区冠军、全国总决赛第六名、全国网络人气冠军，正式出道。

2007年，发行个人首张专辑《宇光十色》，获得亚太音乐榜唱片中国大陆地区销量冠军、第五届东南劲爆音乐榜内地劲爆受欢迎男歌手奖[1]  ，专辑主打歌《该死的温柔》获得2007百度娱乐沸点年度颁奖热门MV奖及十大金曲奖[2]  。2008年，发行第二张音乐专辑《飞》，获得第十二届七彩颁奖典礼内地佳男歌手奖，主打歌《青衣》获得“佳音乐录影带”奖，曲目《依然在一起》获得“十大金曲”奖。

2012年，主演的电视剧《宝贝妈妈宝贝女》在湖南卫视播出，饰演男主角腹黑男章汉哲[3]  。2015年出演《万万没想到》大电影饰演慕容白[4]  。2016年2月7日，登陆中央电视台春节联欢晚会出演小品[5]  ；6月主演的电视剧《缘来幸福》在深圳卫视播出，饰演口才出众的何慕[6]  ；7月根据郭敬明同名小说改编的超级IP《幻城》在湖南卫视钻石独播剧场播出，马天宇饰演樱空释[7]  /罹天烬/云飞/剑灵；8月马天宇参演由韩三平策划、黄建新监制、刘伟强执导的《建军大业》[8]  。9月主演的电视剧《凉生，我们可不可以不忧伤》开机，预计于2017年登陆湖南卫视金鹰独播剧场[9]  。12月主演的电视剧《美人私房菜》在浙江卫视、安徽卫视播出，饰演忠义大将军李马[10]  ；2016年11月24日，马天宇获百度娱乐年度人物奖[