2015年，与苏妙玲、左立、虎虎合作主演音乐舞台剧《栀子花开Neverland》，在剧中饰演男主角邱林，并为该剧演唱主题曲《梦幻岛》及插曲《抱抱靠靠》；同年，与郑凯、米咪、黄仁德、马吟吟合作主演根据饶雪漫同名小说改编的现代青春爱情剧《左耳》，在剧中延续电影《左耳》继续饰演喜欢吧啦的黑人，他是唯一一位既参演了电影版《左耳》又参演电视剧版《左耳》的演员，并且饰演同一个人，这是他的首部电视剧作品。

2016年9月14日，与刘烨、张译、王子文主演由曹保平执导的悬疑片《追凶者也》，在片中饰演落魄古惑仔王友全，并凭借该片提名第17届华语电影传媒大奖最佳男配角奖。

2017年7月，作为固定嘉宾参加江苏卫视锻造式综艺节目《来吧，兄弟》的录制，这是他的综艺首秀。

2018年4月，友情出演李程彬、郭姝彤主演的剧情片《镜像人·明日青春》，在片中饰演热爱赛车的富二代周晓杰；4月28日，与徐峥、王丽坤主演的悬疑片《幕后玩家》全国公映，他在片中饰演田雨。

2020年10月26日，参演的电影《风华正茂的我们》宣布开机。

2021年4月2日，参演电影《我的姐姐》上映；4月13日，与李易峰、陈星旭主演的中国首部火箭军题材电视剧《号手就位》开播。

2021年7月15日，段博文出演的《镜像人·明日青春》全网上映。

2022年9月，出演网剧《消失的大象》；10月5日，参演的电影《生死排爆》在爱奇艺全网独播。

2023年1月22日，加盟《2023年东方卫视春节联欢晚会》；1月24日，参演的电影《中国乒乓之绝地反击》上映；5月7日，参演电视剧《外婆的新世界》播出。11月3日，主演的电影《普通男女》上映。12月15日，出演的电视剧《左耳》全网上线。

2024年7月4日，参演的电视剧《消失的大象》播出。

段博文拥有极具辨识度的外形和扎实的演技（腾讯评）。他在多部电影中塑造了许多令人印象深刻的重要角色，大银幕经验非常丰富，并且对不同类型角色的演绎更是有自己一套独到的方式（新华网评）。

段博文是一个很有“灵气”的男孩，有着超乎同龄人的深邃。他是一个外表玩世不恭的“坏男孩”，内心却腼腆纯洁，他将会是又一个孙红雷。长期的历练使得他在独具演员个人风格的同时兼备优秀演员的纯熟演技（新浪评）。

《来吧，兄弟》是段博文的综艺首秀，他在节目中展现出了其惊人的耐力、良好的体力以及缜密的逻辑思维和不言放弃的兄弟精神（网易评）。