2000年,李卓霖懷揣著對表演的熱愛,順利考入北京電影學院表演系；在校期間,他還多次參加了學校組織的文藝匯演及話劇演出。之后,他又取得了北京電影學院藝術碩士的學位,并擔任北京電影學院表演系的導師。
冉華紅衣雅痞寫真2009年,出演成科執導的都市懸疑劇《金融危機之迷情姐妹》,在劇中飾演女主角林若子的男朋友楊立明,與李佳璘飾演一對情侶,這是他的首部電視劇作品,從而正式進入演藝圈。2010年,出演文章,陶飛霏主演的抗戰劇《雪豹》,在劇中飾演書卷氣息濃厚的眼鏡男張楚,從而受到關注。2011年,與張若昀,李曼,吳婷合作主演諜戰劇《黑狐》,在劇中飾演機智靈敏且城府極深的日軍高級特工山口一男,這是他首次在影視劇中嘗試日本軍人的角色。2012年,與喬鵬樾,朱杰,張若昀合作主演抗戰劇《靂劍》,在劇中飾演深沉且有責任感的日軍少將齋藤。李卓霖劇照2013年,與劉小鋒,夏添,吳承軒合作主演諜戰劇《風影》,在劇中飾演機智果敢的男主角冉華,此外他還是該劇的編劇之一,并負責冉華部分的劇本創作；同年,出演張磊,于立清執導的諜戰劇《血色玫瑰之女子特遣隊》,在劇中飾演原為汪精衛幕僚的抗日人士陶崇斌。2014年,出演抗戰劇《光影》,飾演高龍。2015年,出演王利興執導的諜戰劇《狐影》,在劇中飾演思維縝密且反應靈敏的男主角雷震,從而獲得更多關注；同年8月,參加云南衛視綜藝節目《勇者奇兵》的錄制；同年,出演黃渤,孫紅雷,黃磊主演的喜劇懸疑電影《極限挑戰》,在片中飾演青翼蝙王韋一笑,這是他的首部電影作品。2016年,與章雯淇,陶為,馮越合作主演抗戰劇《冰鋒》,在劇中飾演有情有義且有勇有謀的男主角明翰。
《黑狐》李卓霖飾山口一男李卓霖是一位實力派演員,科班出身的經歷讓他的表演充滿了學院風格,嚴謹以及獨具特色的演繹風格是他的殺手锏。李卓霖在電視劇《風影》中生動形象地呈現了冉華這個具有代表性的虛構人物。李卓霖在電視劇《雪豹》中,將書生氣十足卻專攻制造武器的張楚飾演得自然而又生動。李卓霖不僅敬業,而且還有著創新的態度。他實力與外形兼并,才華與勇氣并存。李卓霖不僅有著沉穩的氣質,剛毅的外形,他還具備了抗日劇的體質。李卓霖被稱作為“抗戰劇扛把子”,他身著英倫時尚西裝,時而低眉思考,時而專注觀察,透露出成熟男人優雅,睿智,冷靜的魅力。李卓霖身著紅色皮衣,犀利的目光與個性的山羊胡混合出英雄加雅痞的別樣味道。