沈曉海是《陳情令》中金光善角色的飾演者。他在1993年開始正式踏足娛樂圈，先后出演了電影《歲月風云》和電視劇《三言二拍之孫小官得妻》。隨后，他參演了陳紅、呂良偉、郭晉安等主演的電視劇《原野》，在劇中飾演小冬。之后的1995年，他參演了偵探劇《都市懸疑》和古裝歷史劇《情劍山河》。

1998年，沈曉海出演了電視劇《夏日戀語錄》，為他的演藝事業帶來了更大的突破。2000年，他主演了古裝喜劇《機靈小不懂》，在劇中飾演了寧王一角。接著在2002年，他又出演了中國臺灣古裝情感劇《無鹽女》，扮演了梁秉文一角。2003年，他和徐熙媛、陳曉東、宣萱、吳京等主演了改編自《聊齋志異》的電視劇版古裝神話情感悲劇《倩女幽魂》，在劇中飾演了玄心正宗宗主第一大魔頭金光。

繼續著他的演藝生涯，2004年，沈曉海參演了古裝神話劇《花姑子》，在劇中飾演了男二號竹妖陶醉。2005年，他在古裝武俠情感劇《馬鳴風蕭蕭》中擔任男一號寇英杰，這是他首次擔任男一號。同年，他還主演了古裝歷史劇《開創盛世》，飾演了唐太宗李世民。2010年，他主演了神話劇《又見白娘子》。2013年，他不僅主演了諜戰愛情劇《鐵血尖刀》，還首次擔任了電視劇的導演，執導了《獵魔》。2015年，他首次參加了云南衛視的真人秀節目《士兵突擊之勇者奇兵》。