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2000年，出演个人首部电视剧《孤独的果实》，从而正式进入演艺圈。2001年，出演园子温执导的恐怖电影《循环自杀》，这是他的首部电影作品。
2002年，出演仲间由纪惠、松本润、伊东美咲主演的校园励志剧《极道鲜师》，在剧中饰演白金学院高中的学生大野。
2003年，出演山田孝之、森山未来、瑛太主演的青春励志剧《WATERBOYS》，在剧中饰演男主角进藤勘九郎的好朋友安田孝。
2005年，出演寺尾聪、二宫和也、长泽雅美主演的爱情伦理剧《温柔时刻》，在剧中饰演安西光夫。
2006年，出演永山耕三执导的剧情电影《伴舞女郎》，在片中饰演伴舞女郎的经理人。
2007年，与织田裕二、上野树里、大竹忍合作主演家庭伦理剧《别开玩笑了！》，在剧中饰演女主角高村绘恋的大学同学友田聪；同年，出演三宅喜重执导的青春励志剧《向牛牛许愿》，在剧中饰演都内农业大学的大三学生芦崎克也。
2008年，与大野智、生田斗真合作主演悬疑推理剧《魔王》，在剧中饰演芹泽集团社长秘书葛西均；同年，凭借电视剧《魔王》获得“第12届电视剧大赏“第三季度助演男优赏。
2009年，与小池彻平、麻衣子、池田铁洋合作主演喜剧电影《我在一家黑公司上班，已经快撑不下去了》，在片中饰演对职位和收入都充满野心的木村翔太。
2010年，出演平川雄一朗执导的剧情电影《爱情喜剧》，在片中饰演内向木讷的食草型男子良晴；同年，与永山绚斗、井上真央、高良健吾合作主演NHK晨间剧《太阳小姐》，在剧中饰演女主角须藤阳子的哥哥须藤春树，与井上真央饰演一对兄妹。
2011年，与瑛太、满岛光、风间俊介合作主演都市情感剧《尽管如此也要活下去》，在剧中饰演男主角深见洋贵的弟弟日垣耕平，与瑛太饰演一对兄弟。
2012年，与内野圣阳合作主演舞台剧《幻蝶》；同年，出演米仓凉子、岸部一德、内田有纪主演的医疗剧《Doctor-X~外科医·大门未知子~》。
2013年，与玉木宏、贯地谷诗穗梨、伊武雅刀合作主演特别剧《事件救命医～IMAT的奇迹》，在剧中饰演性格热情、好斗且具有一定攻击性的警察局特殊犯调查学系刑警影浦琢磨。
2014年，出演冈田准一、中谷美纪、谷原章介主演的战争剧《军师官兵卫》，在剧中饰演丰臣秀吉身边的文官石田三成；同年，出演市井昌秀执导的特别剧《十月十日的进化论》，在剧中饰演小林铃前男友的安藤。
2015年，与石原里美、山下智久、古川雄辉合作主演爱情喜剧《朝5晚9》，在剧中饰演表情丰富、个性爽朗的清宫真言。
2016年，与落合扶树、吉田钢太郎、宫泽佐江合作主演特别剧《大叔的爱》，在剧中饰演男主角春田创一。
2017年，出演由内藤刚志主演的电视剧《警视厅·搜查一课长第二季》播出；8月15日，出演由木村文乃主演的电视剧《伊藤君AtoE》播出。
2018年4月，其主演的电视剧《大叔的爱》开播，凭借该剧他获得第97届日剧学院奖最佳男主角、“东京电视剧大奖2018”最佳男主角、“SUITSOFTHEYEAR2018”颁发的“艺术和文化”部门奖、获得第22届日刊体育日剧奖最佳男主角。7月，出演漫改剧《健康有文化的最低限度的生活》，扮演主人公的上司京极大辉；10月10日，其出演的电视剧《无法成为野兽的我们》播出，饰演花井京谷；11月7日，获得“SITSOFTHEYEAR2018”年度西服奖；11月21日，获得“GQMENOFTHEYEAR2018”年度人物奖。
20194月年，主演的悬疑剧《轮到你了">轮到你了》开播，凭借该剧获得第102届日剧学院奖最佳男主角奖。8月23日，主演的电影《大叔的爱～LOVEorDEAD～》上映；9月4日，其演唱的《轮到你了">轮到你了》主题曲《会いたいよ》发行；11月2日，主演的爱情喜剧《大叔的爱-inthesky-》播出。
2020年，接拍朝日台特别剧《不和谐音~炎之刑警VS冰之检察官~》。4月，主演漫改剧《螺旋的迷宫DNA科学搜查》播出。
2011年8月31日，田中圭与田中广美登记结婚。2012年2月6日，田中圭与田中广美的女儿诞生。2016年8月3日，田中圭的次女诞生。