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1996年，首次出演电影《为了新生活前进》，在剧中饰演保镖。
1999年，在电视剧《我爱长发飘飘》中饰演必成婚介所老板。
2000年，在李成儒主演的刑侦警匪剧《重案六组》中饰演罗川。
2000年，在徐峥、陈好主演古装电视喜剧《李卫当官》中饰演季允梅。同年在曹荣主演的电视剧《西游记后传》中饰演金翅大鹏。
2001年，在吴奇隆、朱茵主演的古装武侠电视剧《萧十一郎》中饰演逍遥侯。
2003年，在彭玉主演的家庭伦理剧《活着乐着》中饰演林汉。同年在许亚军主演的反腐电视剧《预谋》中饰演杜一鸣。还与张嘉译共同出演刑侦题材的电视剧《使命》饰演贺刚一角。在电影《雄心万丈》中饰演廖文。
2004年，与杨树泉主演何群执导的抗战剧《吕梁英雄传》，在剧中饰演雷石柱。同年在电视剧《前门楼子九丈九》饰演冯青山。在李欣凌主演的大型都市剧《交通台的故事》中饰赵大力。在高群书执导的电视剧《从爱情开始》中饰演程昆。还在电影《你爱我有几分》中饰演马翔。
2005年，与侯勇共同出演电影《缉毒警》。与赵琳主演电影《杨德财征婚》饰演杨铜板。同年在邓超主演的《少年包青天3天芒传奇》中饰演捕快。在以台州地区改革开放为背景的电视剧《海之门》中饰演于一江。
2006年，在纪录写实战争剧《沁源围困战》中饰演李猛，在电视剧《我的2008》中饰演赵大北。与孙海英、聂远主演的军旅剧《男人的天堂》，在剧中饰演钟楚国。
2007年，在温兆伦主演现代悬疑剧《血色蔷薇》中饰演王兵。主演军人戏《中国兄弟连》饰演曲虎，与颜丹晨主演电视剧《特战风云》饰演刘得远；与唐国强、殷桃主演红色史诗电视剧《东方红1949》，在剧中饰演张虚；与刘琳主演的《五号特工组》中饰演马云飞。
2008年，在谍战剧《海狼行动》中饰演萧汉光；在二战题材电视剧《战后之战》中饰演马云飞；在电视剧《诺言》中饰演王辞。还出演以大学生创业为主题，反映大学生就业现状的电影《盛世花开》。
2009年，友情出演电视剧《禁毒使命》。与陈紫函主演谍战剧《黑玫瑰》饰郝瀚。在电视剧《特战先锋》中饰演中村一郎。与丁志城主演电视剧《火线》饰演林奉天。与张嘉译主演刑侦反腐电视剧《神圣使命》饰袁小安。
2010年，在黄文利执导的电视剧《冰是睡着的水》中饰演叶教官，与刘劲主演谍战剧《江南锄奸》饰演肖一鸣。在青春史诗剧《南下南下》中饰演魏九斤。在文章主演的抗战剧《雪豹》中友情客串陈正伦。在电视剧《英雄荣耀》中饰演张齐路。与乔振宇主演《大盛魁》中饰演王相卿。在郭品超主演的电视剧《十二生肖传奇》中饰演蚩尤。在自导自演的抗战剧《烈火》中饰演郑洪涛。与陈紫函主演电视剧《密使》，一人分饰于明辉，于明阳两兄弟。
2011年，与王姬主演抗日题材剧《血色玫瑰2》饰演罗克。在抗战动作大戏《女子特遣队》中饰演许达。在谍战剧《绞杀1943》中饰演尤龙。在《一个鬼子都不留》中饰演庄继宗。与颜丙燕主演抗战大戏《走出硝烟的女兵》饰演郑强。在释小龙主演的大型功夫喜剧《盖世英雄方世玉》中饰演陈近南。与侯勇主演民国传奇大戏《旗袍旗袍》饰演陈云秋。在大型反特电视剧《专列一号》中饰演乔长军。与颜丹晨主演《山里红》中饰演冯占山。与郭涛主演电视剧《节振国传奇》饰演邓政委。与庹宗华主演《血刃》饰演令长丰。与王丽坤主演谍战剧《五号特工组2》饰演马云飞。
2012年，在冯小刚执导的电影《一九四二》中饰演蒋鼎文。同年主演抗日谍战剧《利箭行动》饰演李剑。在电视剧《不曾逝去的岁月》中饰演邓凯。与罗晋主演大型抗日电视剧《枪侠》。与王宝强主演现代科幻喜剧《一飞冲天》饰演哈贝。与安以轩主演电视剧《燃烧的花朵》饰演高德昌。在抗战剧《零炮楼》中饰演贾文锦。与胡可主演情感励志大戏《我们的快乐人生》饰演混混陆永福。主演近代革命传奇大剧《上海滩之生死较量》饰演董福宝。与邱心志主演电视剧《大国船梦》。
2013年，主演民间传奇大戏《决战燕子门》饰演李毅。出演电视剧《我的抗战2》，与于明加共同主演电视剧《虎刺红》。与张子健主演电视剧《神探包青天》饰演襄阳王。在陈思成主演战争偶像剧《战神》中饰演严振藩。
2014年，于震与王力可、刘萌萌主演电视剧《利箭纵横》，在剧中饰演李剑。同年，参演吴宇森导演的电影《太平轮：乱世浮生》，客串“刘志清”一角，与李晟、奚美娟主演抗战剧《嫂子嫂子》饰演何生亮。同年参加录制浙江卫视真人秀节目《奔跑吧兄弟》，担任第八期敦煌大劫案的劫匪。
2015年3月23日，于震携手郝蕾、宋家腾主演的年代情感剧《我的二哥二嫂》首播。
2016年，执导并主演年代传奇大戏《大地惊雷》；8月22日，他携手殷桃、于荣光、黄海冰主演的反腐涉案剧《人民检察官》在央视一套播出；10月，执导当代都市电视剧《鼓楼外》；11月8日，他执导并主演的抗战剧《不可能完成的任务》在江苏卫视播出，饰演尹三；12月29日与王茜华、刘均主演的年代情感剧《小草青青》。
2017年，与小张铎、张光北、褚旭共同主演电视剧《战天狼》。又携手王力可、李洋、巫迪文主演抗战剧《人民子弟兵》中扮演刘季文。3月20日友情出演文章指导电视剧《剃刀边缘》中扮演黄建。
2018年3月20日出演郭宝昌导演传奇年代剧《东四牌楼东》中饰演大汉奸，警察局局长汪四海。7月5日，友情客串农村情感剧《岁岁年年柿柿红》。
2019年1月10日参与东方卫视大型文化纪实寻访类节目《闪亮的名字》。10月7日，参与场景式读书节目《一本好书第二季》，饰演《红岩》中的许云峰。
2020年2月6日主演网络电影《法医宋慈》在爱奇艺首播。
2009年12月10日与女演员方柏霓在北京东城区登记结婚，之后两人的感情产生矛盾。直至2010年6月8日于震向法院申请离婚诉讼。2012年3月17日与同为演员的辛月举行婚礼。
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