2002年，林一霆參加第二屆CCTV舞蹈大賽并獲得優秀表演獎。2003年，參加第七屆桃李杯舞蹈賽獲表演二等獎。2004年，參加第六屆全國舞蹈賽，獲得最受觀眾歡迎獎和表演一等獎。2006年，考入中央戲劇學院表演系 。

2011年，搭檔劉牧、李立群主演歷史傳奇劇《漢口碼頭》，飾演聰明善良的蔡雪。與蔣欣、王凱聯袂主演《女人的天空》，飾演刁蠻任性富二代馬明梅。

2012年，林一霆搭檔靳東、陶飛霏出演年代劇《情仇姐妹》，在劇中情陷三角戀，化身天使與惡魔演繹妹妹葉紫萱 ；11月，搭檔曹云金出演抗戰劇《兵臨村下》，變身戰火玫瑰，英姿颯爽演繹神槍手張冉冉 。

2013年，出演由黃渤、黃小蕾領銜主演的年代劇《青島往事》，在劇中飾演陽光開朗的青年老師夏慧 ；同年，參演抗戰題材劇《一個和八個》，飾演倔強勇敢的村姑桃花 。同年，主演勵志偶像劇《花樣跳水少年》，飾演跳水教練鈴美 。

2014年，搭檔辛柏青、黃曼主演都市情感劇《跟我回家》，在劇中飾演性格潑辣的小女兒門家楣 。同年，搭檔陳寶國、牛莉出演年代劇《老農民》，在劇中飾演小娥子，與牛莉演繹母女情深 ；同年，與劉恩佑、呂一主演近代傳奇動作劇《大道天行》，飾演豪情萬丈、敢愛敢恨的秦心藍 。

2015年，與張譯、殷桃聯袂主演的都市商業劇《雞毛飛上天》，劇中飾演勵志女青年陳巧姑 。

2016年，搭檔柯震東、侯夢瑤出演民國傳奇劇《舞櫻》，飾演大氣優雅服裝設計師曼妮 。同年，出演年代傳奇劇《潛·龍》劇中飾演廚藝超群的多面美人田麗華。

2017年，受邀出席中國國際時裝周 ；同年，參演的都市情感劇《云巔之上》第二季播出，在劇中飾演國際導演李虹 ；隨后，出演改編自梁羽生同名小說的武俠傳奇劇《武當一劍》，飾演機智善良又膽識過人的昆侖山公主西門燕 ；同年，攜手張博、李念主演都市題材劇《大浦東》，飾演文藝女青年錢青青 。

2018年，與李雪健、劉莉莉聯袂主演電視劇《北部灣人家》，飾演善良賢惠的酒店財務總監 。同年，主演張多福導演執導的電視劇《好雨知時節》，飾演電視臺編導葉梓。

2019，攜手賈冰、潘斌龍跨界出演第五季《歡樂喜劇人》魔王賽；《尋找喜劇人》終極之戰中，與搭檔來喜成功突圍，獲得《歡樂喜劇人》第六季的參賽資格。 2020年1月，與搭檔來喜以新晉喜劇人身份參加東方衛視喜劇競演綜藝節目《歡樂喜劇人第六季》 。

2021年4月14日，林一霆參演的電視劇《皇后劉黑胖》開機； 參演電視劇《蘋果熟了》。

林一霆畢業于中央戲劇學院表演系，科班功底深厚。無論是《雞毛飛上天》中倔強又不失溫柔的巧姑、《老農民》中的鄉村姑娘小子、《青島往事》中的大家閨秀夏慧，還是《跟我回家》中的星座癡妹門家楣，各種角色她都拿捏到位，表演精準而有層次，角色反差巨大，演技備受好評 。在《雞毛飛上天》劇中，穿戴上個世紀80年代服飾的林一霆，整體造型也變得相當接地氣，這與她生活中時尚靚麗的形象截然不同。林一霆對角色的把握游刃有余，將外表溫潤如水內心卻很有主見的巧姑演繹的真實可人。嫻靜溫婉的古裝美女、時尚干練的現代女性、澄澈質樸的村姑等角色中自如切換，率真可愛的好性格以及敢于挑戰和突破自我的態度，讓林一霆收獲了越來越多觀眾的喜愛。（新浪娛樂評）