2001年,于波出演吴奇隆主演的电视剧《萧十一郎》,饰演男二号,不择手段又极度渴望温情的“恶之花”连城璧,这是他的首部影视作品;同年,领衔主演民初年代戏《女人汤》。2002年,参演青春偶像剧《水晶之恋》,饰演出身于音乐世家、即将赴欧洲师从国际钢琴大师的“于波”。
2003年,参演吴奇隆主演的科幻传奇剧《少年王》,饰演正义刚烈的白奇伟。2004年与蔡少芬、陈法蓉,徐少强和郑佩佩合作,主演奇幻武侠片《水月洞天》和《灵镜传奇》。2004年7月参演电视剧《幻影神针》饰演金城;
2005年8月,参演秦沛主演的电视剧《李卫辞官》,出演少年乾隆;参演电视剧《把酒问青天》出演温润的“方旭”。11月参演电视剧《神鬼八阵图》饰演活泼的“日照”
2007年,于波主演都市言情剧《让爱化作珍珠雨》,饰演反一号元皓勇;参演青春励志剧《当幸福来敲门》,饰演才华横溢的设计师。2008年6月参演动物类警匪题材电视剧《迅雷急先锋》,饰演缉毒大队长“韩诚”。
2009年,与陈浩民、释小龙主演悬疑公案喜剧电视剧《包三姑外传》,饰演朱棣;参演电影《我的左手和右手》,这是他的首部电影作品。
2010年7月,参演电视剧《大内低手》饰演嘉庆皇帝。2011年7月,参演由八一电影制片厂投资的电影《飞天》,饰演神舟十号飞船指令长“谢朝阳”;6月参演建党献礼片《先驱者》饰演男主角“刘涛”;10月参演军事题材电视剧《海魂》,首次饰演军人,出演从国民党海校学生成长为共产党海军将领的“高盛中”。
2012年,于波与胡杏儿主演古装轻喜剧《辣妈俏爸》,饰演一位武功盖世厨艺了得的古代超级奶爸。同年参演以华夏始祖黄帝为题材的电影《轩辕大帝》,饰演男一号“黄帝”;
2013年2月,参演喜剧片《百星酒店》饰演“雷劲”,上映两周票房突破5000万;4月4日,于波与郑伊健、周渝民、林峯、吴尊和李晨等联袂主演于仁泰执导的古装战争电影《忠烈杨家将》清明节上映,于波饰演二郎杨延定,该片获第15届意大利乌甸尼斯远东电影节选为闭幕电影;6月参演电视剧《秀丽江山之长歌行》,饰演一代枭雄“刘玄”,这是于波第五次出演皇帝角色;11月参演林峯主演的惊悚电影《诡婴吉咪》万圣节上映,票房排在内地电影市场惊悚类影片历史票房榜的第四位。
2014年1月,于波参演的香港天马公司出品的喜剧电影《六福喜事》全国公映,截止2月10日取得8026万的票房成绩。同年参演张族权导演的民国戏《午夜蝴蝶》,饰演刘恒升;参演《解忧公主》,饰演汉武帝。并且,于波不断尝试突破自己,于2014年参演《赤水河》,饰演王用介。在《赤水河》拍摄同期,还加盟《秦时明月》,出演汉高祖刘邦。2014年11月,于波参演电影版《步步惊心》,在其中饰演太子爱新觉罗·胤礽,该电影于2015年8月7日上映。
2015年6月,于波因出演《忠烈杨家将》,获上海国际电影节成龙动作电影周“钢铁人奖”最佳动作男演员提名。
2015年,参演电影《我们遇见松花湖》,在盛夏穿着冬天的皮大衣进行拍摄。同年11月,参与民国战争偶像电视剧《美人如玉剑如虹》的拍摄,在其中饰演温正;参演参演根据麦家同名小说改编的谍战剧《解密》。
2016年4月1日,主演的史诗题材电影《轩辕大帝》上映;参演的电视剧《解密》于6月20日在湖南卫视上映;主演的电视剧《秀丽江山之长歌行》亦于7月21日在江苏卫视上映。于波饰演的角色好评不断,收获大批粉丝,往年老剧也被炒火。同年,于波参演匪我思存名小说改编电视剧《人生若如初相见》;参演古装武侠言情剧《孤芳不自赏》饰演司马弘。
《孤芳不自赏》于2017年1月2日湖南卫视金鹰独播剧场播出;6月14日,爱奇艺网剧《寻人大师》播出,于波在第二、三季出演,饰演樱霓的父亲望久,10月25日,《将军在上》于优酷平台播出,于波饰演范仲淹。这一年,于波也继续创作作品,参演了如《新龙门客栈》、《寻秦记》、《芸汐传》、《战地迷情》等多部电视剧。
2019年夏天,《战地迷情》在cctv8首播,屡屡冲上收视榜首。2019年底,于波友情出演的《梦在海这边》上映。在此期间,于波参与中国首部火箭军题材电视剧《号手就位》的拍摄,在其中饰演安雷。
2008年,于波参与中国妇女发展基金会组织的救助四川灾区女童的“爱心伙伴”活动,亲手设计一款爱心环保袋和爱心T恤,举行义卖活动。
于波性格内敛,沉默多过说话;是一个谦虚、努力的演员;于波形象阳刚,再加上是东北人,身材挺拔、性格爽朗,是帝王、大侠的不二人选;于波在电视剧《海魂》中塑造的高盛中既有海军男儿的刚强与干劲,又透着一股热血男儿的柔情似水。