2001年，参演个人首部电影《你的生命如此多情》，从而正式踏入演艺圈。2008年，出演由王岳伦执导的爱情喜剧电影《十全九美》。2009年，与刘桦、邓家佳联合出演古装喜剧电影《熊猫大侠》。
2010年，参演爱情电影《盗版爱情》；10月15日，出演的奇幻电影《魔侠传之唐吉可德》上映。2011年，与张书豪联袂出演剧情电影《转山》，饰演梦想开甜品店的云南骑行爱好者晓川；同年，与邓超、殷桃共同出演爱情剧《延安爱情》。
2012年，与文章，蔡明共同出演的喜剧电影《亲家过年》上映。2013年，出演由冯自立执导的喜剧电影《牛胆神偷》。2014年，与吴镇宇、林心如联袂出演惊悚电影《京城81号》。
2015年6月26日，出演的爱情电影《对风说爱你》上映，饰演三兄弟之一的“黄德顺”；8月27日，出演的犯罪悬疑电影《烈日灼心》上映，饰演有“窃听癖”怪房东卓生发；8月13日，与白百何、吴彦祖联合出演的励志电影《滚蛋吧！肿瘤君》上映，饰演小病友毛豆的父亲老崔。
2016年，与郭德纲、陈孟奇联合出演神话剧《济公传之活佛登基》，在剧中饰演与济公是亦师亦友关系的和尚必鹏；11月11日，与佟大为、陈妍希联袂出演的喜剧电影《外公芳龄38》在中国内地上映，饰演有认真态度的记者崔斯坦；11月18日，出演的魔幻动作电影《勇士之门》在中国内地上映；同年，参演由叶伟民执导的惊悚电影《魔宫魅影》。
2017年3月31日，与黄轩、段奕宏联合出演的动作犯罪电影《非凡任务》在中国大陆上映，饰演出场就被打的街头毒贩；10月13日，与王迅、张瑶领衔出演的喜剧电影《你往哪里跑》上映，该片由刘镇伟执导；同年，与李龙君、李正彦琦联袂主演由杨大江执导的剧情电影《老七》，饰演操着一口成都方言的傻子伙计老七，他凭借该片获得第15届摩纳哥国际电影节最佳男演员奖。
个人奖项
2017第15届摩纳哥国际电影节最佳男演员奖《老七》（获奖）
在电影《老七》中，李晓川通过对细节的刻画，将一个乐呵呵，有点痴傻，怕饿死，但是有梦想的茶馆傻伙计跃然于银幕之上。他的演艺之路走的很努力和踏实，作为一名演员，他始终坚持认真演戏，打磨演技。在《对风说爱你》中，他将一个出场不多但极具特色的小人物诠释得活灵活现，令人印象深刻，他的表演很惹眼。不管演绎什么样的戏，他似乎都把自己独有的幽默融入角色里。《转山》里坚持梦想可爱的骑行爱好者晓川，《京城81号》中吴镇宇背后的主谋舅舅范远安等等，让观众看到了李晓川喜剧之外的严肃。