史磊1岁时就被广告导演看中，此后陆续拍摄了多支广告。2000年，5岁的史磊被导演冯小刚发掘，得到了出演电影《关中刀客》的机会，由此开启了演员之路

2003年，史磊在武侠片《关中刀客》中饰演女主角徐帆的儿子，正式出道。2004年，他与陈道明、蒋雯丽合作出演都市情感剧《中国式离婚》，饰演宋建平和林小枫的儿子当当。

2005年4月，史磊与陈道明、刘嘉玲共同出演年代剧《一江春水向东流》，饰演抗儿。12月，他参演由陈凯歌执导的东方奇幻电影《无极》，因在片中饰演小无欢一角而为观众熟知。

2006年，史磊与刘雪华、施羽合作出演民国家庭剧《春天后母心》，饰演常常和弟妹们斗嘴却心地善良的陈天柱。2007年，他与陈道明、胡军合作出演古装历史剧《卧薪尝胆》，饰演越王勾践的弟弟纪侩王子。2008年，他在古装剧《鹿鼎记》中饰演了少年康熙一角，再次受到关注。

2009年5月，史磊与郭冬临、刘敏合作出演古装情景剧《万卷楼》，饰演讲究繁文缛节的学堂班长东郎。10月，他在古装武侠剧《倚天屠龙记》中饰演男主角张无忌的少年时期。2010年，他与赵薇、甄子丹合作出演武侠电影《锦衣卫》中，饰演锦衣卫指挥使青龙哥哥。

2011年3月，史磊在传记电影《我的少女时代》中饰演性格外向的农村孩子三梆子。4月，他主演情感电影《胡杨深处是我家》，饰演性格叛逆的汉族少年高泽。7月，他主演献礼影片《少年邓恩铭》，饰演受到革命思想启蒙、追求真理的少年邓恩铭。2012年，他在张纪中监制的古装神话剧《西游记》中饰演金角童子一角。

2013年，史磊主演现实题材影片《插班生》，饰演想要实现上学愿望的农民工之子王小宝。同年，他在年代传奇剧《浦江危情》中饰演家族遭遇灭门之灾的少年谢之飞。

2014年，史磊与范明、杨立新联袂主演都市情感轻喜剧《老爸太囧》，饰演货车司机朱耀飞的儿子朱奔。2015年，他主演科幻动作剧《正义联盟》，饰演为寻找父母失踪原因而重走探险路的男孩明肃。

2016年，史磊出演由柯威执导的当代都市电影《小角色》。同年，他受邀参加安徽卫视《国剧盛典》，在现场演唱了歌曲《大梦想家》。

2018年，在破次元时尚喜剧《内衣先生》中饰演陈家静。

家庭

史磊出身军人世家，从小受家庭环境熏陶，让他成长为一个坚强自立的男孩；他的舅爷是军旅演员兼导演邢吉田，他的姥姥、姥爷和爷爷也都是军人。

2017年1月，史磊作为嘉宾出席了安徽卫视国剧盛典，并献唱《大梦想家》。

2017年10月，中国电影股份有限公司在北京举办了以“为人民创作,为时代讴歌”为主题的发布会,史磊身穿银灰色西装惊喜亮相。

2017年11月，代表《六年，六天》剧组出席第四届丝绸之路国际电影节。

2018年1月，史磊现身北京国际网络电影节闭幕式，并作为颁奖嘉宾颁奖。

2018年2月，时尚轻喜剧《内衣先生》在北京举办定档发布会，史磊作为男主角扮演者身穿蓝色西装帅气亮相。

史磊的声音纯真明快、充满童真，他说话带着淡淡的京腔，回答问题时很有礼貌，在他身上看不到一点虚荣和装腔作势。他在古装剧《鹿鼎记》中饰演小康熙一角受到好评，观众们认为他不仅长得可爱，而且将角色演绎得非常到位。

史磊在《中国式离婚》、《倚天屠龙记》等影视作品中饰演了许多个性不同的角色，给观众带来了一次次的惊喜，也让他积累了丰富的表演经验。上了大学的史磊长相更加清秀，时尚气息很浓，散发出青春阳光的气质，对表演也有了更深刻的理解。