2015年，李一桐參與了《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，李一桐在劇中扮演性格倔強率真、敢愛敢恨的女主角聶傾城，和明夏演繹一場“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，扮演胡仙兒。

2017年1月9日，李一桐根據(jù)金庸同名小說改編的古裝武俠劇《射雕英雄傳》在東方衛(wèi)視播出，在劇中李一桐扮演玲瓏剔透、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(zhì)盛典“年度新銳劇星獎”。9月6日，發(fā)布個人首支單曲《迷你閃電》。12月2日，在愛奇藝舉行的“尖叫之夜”盛典上獲得“年度戲劇新人”獎。

2018年1月12日，李一桐和陳奕迅和李榮浩合作參與演出的動作喜劇電影《臥底巨星》于全國上映，在片中李一桐扮演開朗活潑的女演員童童。7月24日，主演的古裝勵志言情劇《媚者無疆》在優(yōu)酷上線堡勸龍，李一桐扮演的晚媚是一名姽婳城殺手。

2019年7月份，李一桐還搭檔楊洋主演軍旅劇《特戰(zhàn)榮耀》，并在劇中扮演邊防團中最年輕的電子信息通訊工程師艾千雪。10月份，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(jié)起來將民族品牌發(fā)揚光大。11月12日，和羅晉合作主演根據(jù)雪滿梁園同名小說改編的古裝權(quán)謀劇《鶴唳華亭》在優(yōu)酷播出，李一疊戰(zhàn)蘭桐在劇中扮演靈秀溫婉、冷靜果敢的陸文昔，為復仇潛入東宮，和蕭定權(quán)相互試探間逐漸產(chǎn)生不一般的情感，并最后反戈助定權(quán)險勝；12月6日，和李現(xiàn)合作主演的古裝玄幻權(quán)謀劇《劍王朝》在愛奇藝播出，李一桐所扮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6月25日，李一桐和陳建斌合作主演的都市愛情喜劇《愛我就別想太多》播出，在劇中李一桐扮演新銳服裝設(shè)計師夏可可。8月25日，和李鴻其合作主演的奇幻愛情電影《我在時間盡頭等你》上映；該片預售票房于8月24日突破1億元人民幣；截至8月31日，累計總票房4.32億人民幣。9月18日，李一桐以元氣幫藏團成員身份參與錄制的代際互動觀察類游戲綜藝《元氣滿滿的哥哥》在湖南衛(wèi)視播出。9月22日，李一桐主演的古裝權(quán)謀劇《鶴唳華亭》番外《別云間》在優(yōu)酷上線。9月26日，2020年度電影頻道“星辰大海”青年演員優(yōu)選計劃公布侯選人名單，李一桐名列其中，并在2020年中國金雞百花電影節(jié)閉幕式暨第35屆大眾電影百花獎頒獎典禮上，和眾青年演員獻唱歌曲《記住這個畫面》；此外，由他們參與演出的音樂情景劇《記住這個畫面》也開始在鄭州進行拍攝。9月27日，文化旅游類探尋體驗綜藝節(jié)目《還有詩和遠方》在浙江衛(wèi)視播出，李一桐和常駐嘉賓走進浙江海寧。10月初，李一桐不僅與佟麗婭等37位文藝工作者演唱向新中國成立71周年獻禮的音樂作品《我的祖國》只項付臘，還與于朦朧、曾舜晞在中央電視臺綜合頻道《2020“我們的中國夢”文化進萬家之湖南十八洞村——“心連心”慰問演出》中演唱歌曲《贊贊新時代》慨棕；10月20日，李一桐獲得第七屆“中國電視好演員”綠組女演員組別優(yōu)秀演員獎。 10月27日，加盟騰訊視頻綜藝《平行時空遇見你》。11月28日，主嚷霸雄演的都市言情劇《只為那一刻與你相見》在東方衛(wèi)視、浙江衛(wèi)視首播，李一桐在劇中扮演家道中落的千金小姐夏苒苒；12月4日，以飛行嘉賓參加錄制的《奔跑吧·黃河篇》播出；12月21日，和金晨主演的都市勵志情感劇《了不起的女孩》在江蘇衛(wèi)視播出，在劇中扮演一個性格溫和的女孩陸可。

2021年2月4日，李一桐和胡一天搭檔主演連照坑照都市勵志情感劇《我的時代，你的時代》在愛奇藝播出，李一桐在劇中扮演的艾情是機器人格斗行業(yè)的開路人之一，和吳白為振興機器人格斗行業(yè)而拼搏。3月6日，獲得“品質(zhì)新銳劇星”。3月7日，和陳若軒搭檔參與演出電視劇《理想照耀中國》單元之一《一家人》，李一桐在劇中扮演抗疫護士杜富佳。3月25日，和angelababy、張小斐、袁姍姍等藝人出席費加羅風尚盛典。4月15日，和許凱合作主演的古裝愛情輕喜劇《驪歌行》開播，在劇中李一桐扮演普通商人出身的傅柔。5月份，與畢雯珺搭檔主演古裝懸疑劇《九霄寒夜暖》，并在劇中扮演機智女捕快蘇玖兒。

李一桐人物評價

李一桐舞蹈功底良好（鳳凰娛樂、騰訊娛樂評）。在《半妖傾城》中試戲不怯場，爆發(fā)力十足（于正評）。

李一桐素顏照清純可愛、五官輪廓清晰。作為一名演員，李一桐初出茅廬就接演了《半妖傾城》女主角，可以說她足夠幸運，但不能忽視她的實力。李一桐雖不是科班出身，但其表演頗具有靈性和爆發(fā)力。劇中涉及到舞蹈的部分，李一桐表演起來更是如魚得水（搜狐娛樂評）。

在《射雕英雄傳》中，李一桐憑靠自身舞蹈優(yōu)越條件，為武打戲加分不少，同時也很好地契合了初入江湖的黃蓉的一絲稚嫩（新浪娛樂評）；也憑靠自己對角色用心的揣摩、自然的演技，將黃蓉演出了耳目一新的感覺，因而也被不少觀眾稱為“桐蓉兒”（網(wǎng)易娛樂評）。