2015年,參與了《思美人》和《誅仙》等電視劇的角色試鏡。
2016年6月30日,主演的民國玄幻劇《半妖傾城》在芒果TV和樂視視頻上線,李一桐在劇中飾演性格倔強率真、敢愛敢恨的女主角聶傾城,與明夏演繹一場“半妖與人”之戀;同時,該劇也是李一桐個人首部電視劇。之后,在東方神話劇《朝歌》中,飾演胡仙兒。11月,主演根據(jù)鮮橙同名小說改編的都市愛情劇《只為那一刻與你相見》;而該劇是李一桐首次接觸現(xiàn)代題材的電視劇。
2017年1月9日,主演的根據(jù)金庸同名小說改編的古裝武俠電視劇《射雕英雄傳》在東方衛(wèi)視播出,在劇中李一桐飾演玲瓏剔透、聰慧機靈的黃蓉,幫助郭靖成長為“俠之大者”的民族英雄,并憑該角色榮獲中國電視劇品質盛典“年度新銳劇星獎”和由《電視指南》雜志特別策劃的中國最具產(chǎn)業(yè)影響力電視劇新人獎。4月,確定與陳建斌合作主演都市時尚情感電視劇《愛我就別想太多》,在劇中李一桐飾演新銳服裝設計師夏可可。9月6日,發(fā)布個人首支單曲《迷你閃電》。12月2日,在愛奇藝舉辦的“尖叫之夜”盛典上獲得“年度戲劇新人”獎。
2018年1月12日,與陳奕迅和李榮浩合作出演動作喜劇電影《臥底巨星》于全國上映,在片中飾演開朗活潑的女演員童童。7月24日,主演的根據(jù)半明半寐同名小說改編的古裝勵志言情劇《媚者無疆》在優(yōu)酷上線,李一桐飾演的晚媚是一名姽婳城殺手。
2019年3月,和許凱合作主演古裝愛情輕喜劇《馴夫記之大唐女兒行》,并在劇中飾演普通商人出身的傅柔。之后,還搭檔楊洋主演軍旅劇《特戰(zhàn)榮耀》,并在劇中飾演邊防團中最年輕的電子信息通訊工程師艾千雪。10月,入圍第六屆“中國電視好演員”綠組女演員候選名單。10月24日,民國情感劇《海棠經(jīng)雨胭脂透》在芒果TV上線,李一桐在劇中擔任女主角顧海棠,在國仇家難中與眾人團結起來將民族品牌發(fā)揚光大。11月12日,與羅晉合作主演根據(jù)雪滿梁園同名網(wǎng)絡小說改編的古裝權謀劇《鶴唳華亭》在優(yōu)酷播出,并飾演靈秀溫婉、冷靜果敢的陸文昔,為復仇潛入東宮,與蕭定權相互試探間逐漸產(chǎn)生不一般的情感,并最終反戈助定權險勝;12月6日,領銜主演的古裝玄幻權謀劇《劍王朝》在愛奇藝播出,李一桐飾演的女主角長孫淺雪,是一個高冷的冰山美人,同時她也為該角色演唱了人物曲《淺雪》。
2020年2月14日,與李鴻其搭檔主演的奇幻愛情電影《我在時間盡頭等你》全國上映。
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