2001年，出演了山本执导的都市情感剧《爱在北京》，在剧中饰演男主角王道明，这是他的首部电视剧作品，从而正式进入演艺圈。

2002年，参演严屹宽、杨童舒、牛莉、黄少祺主演的时装剧《秋潮向晚天》。

2003年2月19日，其参演的都市生活情感剧《瑞雪飘飘》播出。

2005年，参演斯琴高娃、李明启、吴倩莲主演的年代情感剧《海上传奇》，在剧中饰演索菲的情人阿林。

2006年5月22日，与张智霖、范文芳、李倩联袂主演的古装武侠电影《陆小凤传奇之凤舞九天》上映，在片中饰演男二号岳洋，这是他的首部电影作品。

2008年，与牛莉、赵鸿飞合作主演情景喜剧《爱梦电影第五季》，在剧中饰演机灵可爱且充满书卷气息的寇小多；9月19日，改编自张小莉同名长篇小说的都市爱情剧《醉颜红尘》播出，芦芳生在剧中饰演男主角孟泽天。

2009年2月27日，与袁立、曹征、宋丹丹共同出演的年代剧《家在洹上》播出，在剧中饰演开了一家诊所的日本人小林五治。

2010年7月20日，由文章、陶飞霏领衔主演的谍战剧《雪豹》首播，芦芳生在剧中饰演军统特工孙鑫璞。

2011年2月2日，与朱亚文、姚笛、郭伊娜共同参演的抗战剧《远去的飞鹰》首播；6月21日，与黄海波、王雷、姚芊羽共同出演的抗战剧《永不磨灭的番号》播出，在剧中饰演日军团长山下奉武，这是他首次在影视作品中尝试日本军官的角色，而他则凭借该剧获得了大剧盛典最佳男配角奖；10月8日，改编自赖传珠同名小说的革命剧《将军日记》播出，芦芳生在剧中所饰演的裘彪在老师陈思延的影响下接受了共产主义的启蒙教育；10月10日，与张若昀、李曼、刘小锋共同出演的谍战剧《黑狐》播出，在剧中饰演日军特工松本弥二；12月9日，获得瑞丽造型大赏年度风格艺人奖。

2012年6月27日，与凌潇肃、徐筠、王媛可联袂主演的都市励志剧《女人的颜色》首播，在剧中饰演为达目的不择手段的王家长男王进；9月20日，与王雷、李健、马苏联合主演的抗战剧《中国骑兵》播出，在剧中饰演作战凶猛但不残忍的日本骑兵上尉西村秀郎；同年，与黎一萱搭档主演微电影《念》，在片中担纲男主角，饰演患有失眠症的警察；12月22日，与李健、王雷、张雯联合主演的当代涉案剧《歧路兄弟》首播，在剧中饰演林一楠的哥哥林猛，与王雷饰演一对兄弟。

2013年3月23日，与祖峰、颜丹晨、史光辉联袂主演的抗战剧《独狼》首播，在剧中饰演有着精准枪法和高超军事素养的日本军官浅野正二；9月2日，与海清、张译领衔主演的都市生活轻喜剧《抹布女也有春天》首播，在剧中饰演帅气多金的富二代林枫；11月6日，其参演的都市情感剧《咱们结婚吧》播出，他所饰演的自由男是桃子的相亲对象，想找女人环游世界；11月28日，与姜瑞佳、邵桐、傅羽佳合作主演的青春爱情剧《天使艾美丽》播出，在剧中担纲男主角，饰演高傲的富家子弟、航空公司机长葛翱；此外，他还与张歆艺、刘宪华联袂主演了都市情感剧《甜蜜都市》，在剧中饰演帅气多金、成熟稳重的男主角温俊杰。

2014年2月28日，与宁静、罗晋合作主演的革命剧《我和我的传奇奶奶》播出，在剧中饰演为人阴险狡诈、心狠手辣的李冬青；6月，其主演的都市家庭剧《幸福从天而降》、《幸福美丽绽放》相继播出，在剧中饰演善良单纯缺乏安全感的妇科主任医师韩向东；11月10日，与王媛可领衔主演的都市励志情感剧《第二次人生》播出，在剧中担纲男主角，饰演自由随性又风度翩翩的摄影师向晨。

2015年9月11日，与杨采钰领衔主演的爱情电影《1980年代的爱情》上映，在片中饰演热情似火的男主角关雨波。

2016年5月19日，与石安妮、羿坤、董晴联合主演的抗战剧《最后的战士》播出，在剧中饰演为报灭门之仇而被迫上山为匪的男主角石风；10月18日，其主演的战争剧《战火红颜》首播，在剧中饰演深明大义的男主角宋鹏程。

2017年3月20日，与文章、马伊琍、丁勇岱、栾元晖共同出演的谍战剧《剃刀边缘》播出，在剧中饰演阴狠毒辣、城府很深的日本特务机关本部机关长松泽原治；10月25日，由马思纯、盛一伦领衔主演的古装传奇剧《将军在上》首播，芦芳生在剧中饰演宋朝第四位皇帝宋仁宗赵祯，这也是他首次在影视作品中尝试皇帝的角色；11月21日，由黄轩、窦骁、周一围领衔主演的古装魔幻剧《九州·海上牧云记》播出，芦芳生在剧中饰演端明帝牧云勤；12月30日，与谭卓、黎一墨、伊辰·雅各布联合主演的剧情电影《咖啡风暴》上映，在片中饰演年轻有为的男主角任飞。

2018年6月9日，与张鲁一、佟丽娅、田雨联合主演的抗战剧《爱国者》播出，在剧中饰演自幼熟读中国典籍和著作，拥有过人“反谍”天赋的岸谷雄一；同年，与张静初搭档主演悬疑电影《六个凶手》；同年，与聂远、宋轶联合主演悬疑推理剧《心灵法医》，在剧中饰演刑警队副队长丁春秋；此外，他还与雷佳音、易烊千玺共同出演了古装悬疑剧《长安十二时辰》。

2019年11月18日，领衔主演的都市悬疑推理剧《心灵法医》播出，在剧中饰演刑警队副队长丁春秋。

2020年6月16日，与秦昊、王景春、张颂文联合主演的悬疑剧《隐秘的角落》首播，在剧中饰演工作认真负责、没太多时间照顾女儿的刑警队队长叶军；10月12日，与陈坤、辛芷蕾、张宥浩等合作主演的都市商战剧《输赢》杀青。

2021年3月3日，主演的电影《雪豹之暗战天机》在嘉兴开机，在片中饰演孙鑫濮；10月30日，主演的都市励志剧《星辰大海》播出；同年，主演电视剧《您好！母亲大人》。

2022年1月29日，搭档辛云来、陈宥维等主演的青春校园剧《我要和你做兄弟》在芒果TV播出；2月22日，主演电视剧《广州十三行》杀青。6月22日，特邀主演电视剧《做自己的光》；8月8日，特邀主演的电视剧《玫瑰之战》腾讯视频全网独播，在剧中饰演徐慕岩。

2023年3月10日，主演的悬疑电影《回廊亭》上映；5月7日，参演电视剧《外婆的新世界》播出。7月17日，特邀出演的电视剧《做自己的光》播出。12月22日，参演的电影《敦煌英雄》上映。12月30日，主演的电视剧《天启异闻录》播出。

2024年6月24日，主演的电视剧《长安的荔枝》全阵容官宣。9月23日，参演的电视剧《明日有晴天》官宣定档，于9月26日在B站全网独播。10月10日，参演的电视剧《锦绣安宁》播出。

芦芳生出生在知识分子家庭，父亲是四川人，是日本大学经济学教授，母亲是上海人。虽然家教极严，但在海边长大的他从小却很淘气。母亲对他有很高的希望，总是期望他得第一，希望他能当老师，但芦芳生从小就在心里留下了叛逆的种子。由于母亲一直想当一名越剧演员，没事儿的时候就在家唱几句，受母亲影响，他从小就很喜欢表演。后来，受周星驰的电影《喜剧之王》的影响，他下定决心转行去当演员。

2001年，芦芳生回国后先报了北京电影学院的进修班，黄渤是他进修班的同学。半年以后，通过考试进入北京电影学院表演系，与刘亦菲、朱亚文、江一燕等成为同班同学。本科学完了以后，又考了北京电影学院的研究生。

芦芳生在拍戏不多的时候，很喜欢去旅行，会到怀柔山里走一走，一个人去泰国，感受当地文化，学习当地语言；后来，他学会了在拍戏中休闲，收工回来去健身房或者游泳。此外，他还喜欢登山、滑雪等极限运动。

2012年8月3日，参加“大爱北京 沸点中国”暴雨赈灾义演，并呼吁大家为北京等各地暴雨受灾民伸出援助之手；9月23日，芦芳生参加了由凤凰网等主办的“美丽童行·大病医保”慈善晚宴，现场共拍卖筹得善款811.82万元，而善款则用于“中国乡村儿童大病医保公益基金”项目。

2014年7月，芦芳生参与了以“关爱孤独症儿童”为主题的慈善义卖活动，该活动旨在为孤独症孩子的烘焙职业培训和就业奉献爱心。

芦芳生在日本留学生活的阅历，造就了他一口流利的日语，和几分日系男生的独特气质。芦芳生的形象非常好，长得很英气，生活中完全是偶像派的，而当他操起标准的日语时，又呈现出另外一种异域的感觉。在电视剧《永不磨灭的番号》中，转瞬间就能流露出的那种日本人特有的、漫画式的夸张表情（网易、祖峰、《河北青年报》评）。

在电视剧《独狼》中，芦芳生凭借其亦邪亦正的外表与精湛演技，将浅野正二的狠演绎得入木三分。他从细节上高度还原了日本军官的特征，成功的塑造了一个区别于以往角色的日本军人，改变了国内影视剧中已经定型的日本军官形象，把一个“稳准狠”的反派呈现给了观众。因为芦芳生有着出色的外形条件，他饰演的反派也让观众对其又爱又恨（网易评）。

在电视剧《雪豹》中，芦芳生将国民党高级将领孙鑫璞这一高大帅气的形象塑造得深入人心；而在电视剧《永不磨灭的番号》中，他又把山下奉武这一日本军官的形象演绎得恰到好处。在不断塑造角色的同时，芦芳生对于时尚的理解和拿捏，也有自己的风格。在一组写真中，芦芳生胸肌敞露，展现了其迷人的身材，成熟性感中不失文艺气息；在一组黑白时尚写真中，他时而闭眼沉思，时而俏皮卖萌，清撤的眼神犹如邻家大男孩；而在另一组湿身写真中，其迷离的眼神在雨水中则散发着男性魅力（新浪评）。

2012年7月，芦芳生在接受《金陵晚报》采访时，表示自己是中国演员，大家之所以觉得他演得像日本人，是因为他在日本读了10年书。2013年5月，北京电影学院官网发布的2009年毕业生情况统计中显示芦芳生国籍为日本。