李灿森虽然在众多影视作品中出演配角，但他凭借对人物的理解，以及情感的把控，将小人物的喜怒哀鲜活饱满展现在观众眼前，让人多年后在脑海中挥之不去。
1997年，参演由香港导演陈果执导的《香港制造》，饰屠中秋并获得了第17届香港电影金像奖最佳新人奖，同年顺利签约到刘德华的公司，正式出道。
1998年，继续参演由香港导演陈果执导的剧情片《去年烟花特别多》，通过出演吴家璇一角提名第18届香港电影金像奖最佳男配角。
1999年，与谢霆锋、冯德伦、吴彦祖等共同出演由陈木胜执导的电影《特警新人类》。
2000年，联合冯德伦、陈冠希出演由陈木胜执导的《特警新人类2》。
2002年，与洼冢洋介、Arata、中村狮童共同主演由日本漫画改编而成的电影版《乒乓》，饰演乒乓球手孔文革。
2004年，与李丽珍、徐锦江共同主演现代枪战片《枪缘》，饰演女主角的弟弟。
2005年，在电视剧《仙剑奇侠传》中饰演幼年王小虎。
2006年，出演由香港导演郑保瑞执导的动作片《狗咬狗》，在片中扮演一个被大人世界愚弄、忽视的乖张男生形象，并凭借该片提名第43届台湾电影金马奖最佳男主角。同年，出演由张一白执导的电影《夜·上海》，饰演一位地道的日文翻译。
2007年，在由陈木胜执导的动作电影《男儿本色》中饰演何永强一角。
2009年，与蒋璐霞共同主演由熊欣欣导演、马伟豪监制的女性时装动作电影《战无双》。
2010年，出演苏万聪、唐基明共同执导的电视剧《怒火街头》，在剧中扮演丁家富。同年，出演由曾志伟、张学友共同主演的贺岁片《72家租客》。
2012年，联合郑嘉颖、胡杏儿共同主演由梁家树、陈维冠执导的电视剧《怒火街头2》。同年，出演由中国和日本合作拍摄、香港导演梁徳森执导的惊悚电影《幻影凶灵》。
2013年，与柳岩、钟丽缇共同出演由香港导演梁德森执导的悬疑片《人间蒸发》，饰华人警探木下。同年，与周秀娜、刘羽琦共同主演惊悚电影《冷瞳》，在片中饰演由周秀娜扮演的苏雨辰的未婚夫。
2014年，参演由陈嘉上和郑中基联合执导的奇幻夺宝喜剧电影《神秘宝藏》。同年，出演由钟澍佳执导的幽默都市励志电影《男人不可以穷》。
2015年，出演由香港导演林岭东执导的警匪动作枪战片《谜城》。同年，与包贝尔共同出演由徐峥自导自演的喜剧电影《港囧》。
2020年，以潮流召集人的身份参加创意潮人挑战真人秀《潮玩人类在哪里》。
2021年12月17日，与陈小春联袂主演的电影《再战江湖》上线。
2022年3月10日，主演的悬疑剧《黑金风暴》播出；8月5日，主演的电影《黄金大逃狱》将播出。
李灿森没有英俊的外表和完美的身材，却有敏锐的潮流触觉，表演不着痕迹能适应各种角色，在众多他担当绿叶搞笑电影中都能散发出种种不同的气质和光芒。（网易娱乐评）
李灿森自小叛逆，纹身穿鼻环是家常便饭，经常做出一些出格的事儿。经常被爸妈哥姐们轮流用衣架打，但也只会乖一两天，以后又依然如故。（新浪娱乐评 ）
