2016年10月，參演懸疑驚悚片《少女龍婆》，在片中飾演比基尼少女Lulu，從而正式進入演藝圈 。12月，主演由孫放執導的競技青春校園劇《電競紀元》，在劇中飾演擁有高顏值個性古靈精怪的電競選手周逸陽 。
2017年1月，與劉海寬共同主演青春校園奇幻劇《我的仙界學院》，在劇中飾演勇闖仙界的凡間少女墨玹 。7月，與徐璐、阮經天共同主演冒險懸疑劇《鬼吹燈之黃皮子墳》，在劇中飾演性格淳樸、率真可愛的燕子 。12月，憑借《鬼吹燈之黃皮子墳》獲得年度潛力電視劇女演員獎 ；同月，主演的網絡劇《何人生還》正式開機，在劇中飾演高顏值犯罪心理學專家那蘭 。
2018年9月，與楊洋、江疏影共同主演的青春勵志劇《全職高手》殺青 ，在劇中飾演顏值與實力并存的唐柔 。10月，與徐正溪、王玉雯共同主演的古裝奇幻劇《九州·天空城II》開機，在劇中飾演集英氣與柔情于一身的女將軍漣漪 。12月，與尼坤、王霏霏、王子睿共同主演都市職場愛情輕喜劇《勇往直前戀上你》，在劇中飾演陳欣悅 。
2019年7月24日，主演的電子競技題材青春勵志劇《全職高手》在騰訊視頻上線，李沐宸在劇中飾演毫不服輸的唐柔 ；同年出演《我的漂亮朋友》中“花花”一角；11月由其出演的《余生，請多指教》順利殺青。2020年3月，與徐正溪、王玉雯共同主演的古裝奇幻劇《九州·天空城II》在騰訊視頻上線，在劇中飾演集英氣與柔情于一身的女將軍漣漪 。
作為“南方姑娘”的李沐宸憑著自己的努力克服環境、語言、造型、人設等障礙，幾乎完美地演出了《鬼吹燈之黃皮子墳》中的“東北妞燕子” 。李沐宸用富有層次的表演技巧演活了劇中東北姑娘的藝術形象，在率真活潑的性格中又加入了一點點敢于冒險的勇氣，看似弱小卻往往能在關鍵時刻表現出勇敢、仗義的個性特征 。（網易、騰訊娛樂評）