2015年，参与了《思美人》和《诛仙》等电视剧的角色试镜。
2016年，主演的民国玄幻剧《半妖倾城》在芒果TV和乐视视频上线，李一桐在剧中饰演聂倾城，与明夏演绎一场“半妖与人”之恋；同时，该剧也是李一桐个人首部电视剧。之后，在东方神话剧《朝歌》中，饰演胡仙儿。11月，主演根据鲜橙同名小说改编的都市爱情剧《只为那一刻与你相见》；而该剧是李一桐首次接触现代题材的电视剧。
2017年，主演的根据金庸同名小说改编，蒋家骏执导，郭靖宇监制的古装武侠电视剧《射雕英雄传》在东方卫视播出，在剧中李一桐饰演玲珑剔透、聪慧机灵的黄蓉，帮助郭靖成长为“侠之大者”的民族英雄，并凭该角色荣获中国电视剧品质盛典“年度新锐剧星奖”和由《电视指南》杂志特别策划的中国最具产业影响力电视剧新人奖。9月6日，发布个人首支单曲《迷你闪电》。12月2日，在爱奇艺举办的“尖叫之夜”盛典上获得“年度戏剧新人”奖。
2018年，与陈奕迅和李荣浩合作出演动作喜剧电影《卧底巨星》于全国上映，在片中饰演开朗活泼的女演员童童。7月24日，主演的根据半明半寐同名小说改编的古装励志言情剧《媚者无疆》在优酷上线，李一桐饰演的晚媚是一名姽婳城杀手。
2019年，和许凯合作主演古装爱情轻喜剧《大唐儿女行》，并在剧中饰演普通商人出身的傅柔。之后，还搭档杨洋主演军旅剧《特战荣耀》，并在剧中饰演边防团中最年轻的电子信息通讯工程师艾千雪。10月，入围第六届“中国电视好演员”绿组女演员候选名单。10月24日，民国情感剧《海棠经雨胭脂透》在芒果TV上线，李一桐在剧中担任女主角顾海棠，在国仇家难中与众人团结起来将民族品牌发扬光大。11月12日，与罗晋合作主演根据雪满梁园同名小说改编的古装权谋剧《鹤唳华亭》在优酷播出，李一桐在剧中饰演灵秀温婉、冷静果敢的陆文昔，为复仇潜入东宫，与萧定权相互试探间逐渐产生不一般的情感，并最终反戈助定权险胜；12月6日，与李现合作主演的古装玄幻权谋剧《剑王朝》在爱奇艺播出，李一桐所饰演的女主角长孙浅雪，是一个高冷的冰山美人，同时她也为该角色演唱了人物曲《浅雪》。
2020年，与胡一天搭档主演都市励志情感剧《亲爱的，挚爱的》，并在剧中饰演艾情。6月，都市励志情感剧《了不起的女孩》官宣由李一桐饰演一个性格温和的女孩陆可。6月25日，与陈建斌合作主演的都市爱情喜剧《爱我就别想太多》播出，在剧中李一桐饰演新锐服装设计师夏可可。8月25日，与李鸿其合作主演的奇幻爱情电影《我在时间尽头等你》上映；该片预售票房于8月24日突破1亿元人民币；截至8月31日，累计总票房4.32亿人民币。9月18日，李一桐以元气帮藏团成员身份参与录制的代际互动观察类游戏综艺《元气满满的哥哥》在湖南卫视播出。9月22日，李一桐主演的古装权谋剧《鹤唳华亭》番外《别云间》在优酷上线。9月26日，2020年度电影频道“星辰大海”青年演员优选计划公布侯选人名单，李一桐名列其中，并在2020年中国金鸡百花电影节闭幕式暨第35届大众电影百花奖颁奖典礼上，与众青年演员献唱歌曲《记住这个画面》；此外，由他们出演的音乐情景剧《记住这个画面》也开始在郑州进行拍摄。9月27日，文化旅游类探寻体验综艺节目《还有诗和远方》在浙江卫视播出，李一桐和常驻嘉宾走进浙江海宁。10月初，李一桐不仅与佟丽娅等37位文艺工作者演唱向新中国成立71周年献礼的音乐作品《我的祖国》，还与于朦胧、曾舜晞在中央电视台综合频道《2020“我们的中国梦”文化进万家之湖南十八洞村——“心连心”慰问演出》中演唱歌曲《赞赞新时代》。10月20日，李一桐获得第七届“中国电视好演员”绿组女演员组别优秀演员奖。10月27日，加盟腾讯视频综艺《平行时空遇见你》。12月4日，以飞行嘉宾参加录制的《奔跑吧·黄河篇》播出。
只为那一刻与你相见2020-11-28 饰演夏苒苒 导演查传谊 主演陆毅
别云间2020-9-22 饰演陆文昔 导演杨文军 主演罗晋、黄志忠、郑业成、王雨
爱我就别想太多2020-6-25 饰演夏可可 导演曹慧生、韩杰 主演陈建斌、潘粤明
亲爱的，挚爱的2020（开机时间） 饰演艾情 导演于中中 主演胡一天
剑王朝2019-12-6 饰演长孙浅雪、公孙浅雪 导演马华干 主演李现、刘奕君
鹤唳华亭2019-11-12 饰演陆文昔、阿宝 导演杨文军 主演罗晋、黄志忠、张志坚、苗圃
海棠经雨胭脂透2019-10-24 饰演顾海棠 导演何澍培 主演邓伦、应昊茗
了不起的女孩2019（开机时间） 饰演陆可 导演邓珂 主演金晨、张超
大唐儿女行2019（开机时间） 饰演傅柔 导演王晓明、白云默 主演许凯
特战荣耀2019（开机时间） 饰演艾千雪 导演徐纪周 主演杨洋、蒋璐霞
媚者无疆2018-7-24 饰演晚媚 导演易军 主演屈楚萧、汪铎、郭雪芙、徐洁儿
射雕英雄传2017-1-9 饰演黄蓉 导演蒋家骏 主演杨旭文、陈星旭、孟子义、赵立新
朝歌2017（开机时间） 饰演胡仙儿 导演李达超、刘镇明、任海曜、朱礼和 主演张哲瀚、吴谨言、保剑锋、许凯
半妖倾城Ⅱ2016-12-30 饰演聂倾城 导演任海曜、刘镇明 主演张哲瀚、阚清子、洪尧、戴向宇
半妖倾城2016-6-30 饰演聂倾城 导演任海曜、刘镇明 主演张哲瀚、米热、何瑞贤、安以轩
我在时间尽头等你2020-8-25 饰演邱倩 导演姚婷婷 主演李鸿其、张超、范伟、郭欣禹
卧底巨星2018-1-12 饰演童童 导演谷德昭 主演陈奕迅、李荣浩、陈国坤、崔志佳
橘子与罗兴2013-11-1 饰演橘子 导演周楠 主演宣言
我的祖国 2020-10-1 向新中国成立71周年献礼的合唱歌曲
记住这个画面 2020-9-26 2020年度电影频道“星辰大海”青年演员优选计划合唱歌曲
在相遇之前爱上你 2020-8-21 电影《我在时间尽头等你》插曲
浅雪 2019-12-06 电视剧《《剑王朝》》长孙浅雪人物曲
失宠 2018-07-24 网络剧《媚者无疆》片尾曲
迷你闪电 2017-09-06 词:易家扬；曲：林俊杰
2020-10-20 第七届中国电视好演员绿组女演员组别优秀演员奖（绿组女演员） （获奖）
2019-06-16 微博电影之夜微博最受期待电影新力量 我在时间尽头等你 （获奖）
2018-01-11 QQ兴趣部落“心赏之夜”年度“心”赏新锐女艺人 半妖倾城、射雕英雄传 （获奖）
2017-12-02 爱奇艺尖叫之夜年度戏剧新人奖 （获奖）
2017-02-26 中国电视剧品质盛典年度新锐剧星奖 射雕英雄传 （获奖）
2017-02 《电视指南》中国最具产业影响力电视剧新人奖 半妖倾城、射雕英雄传 （获奖）
李一桐舞蹈功底良好（凤凰娱乐、腾讯娱乐评）。在《半妖倾城》中试戏不怯场，爆发力十足（于正评）。
李一桐素颜照清纯可爱、五官轮廓清晰。作为一名演员，李一桐初出茅庐就接演了《半妖倾城》女主角，可以说她足够幸运，但不能忽视她的实力。李一桐虽不是科班出身，但其表演颇具有灵性和爆发力。剧中涉及到舞蹈的部分，李一桐表演起来更是如鱼得水（搜狐娱乐评）。
在《射雕英雄传》中，李一桐凭借自身舞蹈优越条件，为武打戏加分不少，同时也很好地契合了初入江湖的黄蓉的一丝稚嫩（新浪娱乐评）；也凭借自己对角色用心的揣摩、自然的演技，将黄蓉演出了耳目一新的感觉，因而也被不少观众称为“桐蓉儿”（网易娱乐评）。
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