2016年10月,参演悬疑惊悚片《少女龙婆》,在片中饰演比基尼少女Lulu,从而正式进入演艺圈 。12月,主演由孙放执导的竞技青春校园剧《电竞纪元》,在剧中饰演拥有高颜值个性古灵精怪的电竞选手周逸阳 。
2017年1月,与刘海宽共同主演青春校园奇幻剧《我的仙界学院》,在剧中饰演勇闯仙界的凡间少女墨玹 。7月,与徐璐、阮经天共同主演冒险悬疑剧《鬼吹灯之黄皮子坟》,在剧中饰演性格淳朴、率真可爱的燕子 。12月,凭借《鬼吹灯之黄皮子坟》获得年度潜力电视剧女演员奖 ;同月,主演的网络剧《何人生还》正式开机,在剧中饰演高颜值犯罪心理学专家那兰 。
2018年9月,与杨洋、江疏影共同主演的青春励志剧《全职高手》杀青 ,在剧中饰演颜值与实力并存的唐柔 。10月,与徐正溪、王玉雯共同主演的古装奇幻剧《九州·天空城II》开机,在剧中饰演集英气与柔情于一身的女将军涟漪 。12月,与尼坤、王霏霏、王子睿共同主演都市职场爱情轻喜剧《勇往直前恋上你》,在剧中饰演陈欣悦 。
2019年7月24日,主演的电子竞技题材青春励志剧《全职高手》在腾讯视频上线,李沐宸在剧中饰演毫不服输的唐柔 ;同年出演《我的漂亮朋友》中“花花”一角;11月由其出演的《余生,请多指教》顺利杀青。2020年3月,与徐正溪、王玉雯共同主演的古装奇幻剧《九州·天空城II》在腾讯视频上线,在剧中饰演集英气与柔情于一身的女将军涟漪 。
作为“南方姑娘”的李沐宸凭着自己的努力克服环境、语言、造型、人设等障碍,几乎完美地演出了《鬼吹灯之黄皮子坟》中的“东北妞燕子” 。李沐宸用富有层次的表演技巧演活了剧中东北姑娘的艺术形象,在率真活泼的性格中又加入了一点点敢于冒险的勇气,看似弱小却往往能在关键时刻表现出勇敢、仗义的个性特征 。(网易、腾讯娱乐评)