2002年，林一霆参加第二届CCTV舞蹈大赛并获得优秀表演奖。2003年，参加第七届桃李杯舞蹈赛获表演二等奖。2004年，参加第六届全国舞蹈赛，获得最受观众欢迎奖和表演一等奖。2006年，考入中央戏剧学院表演系 。
2011年，搭档刘牧、李立群主演历史传奇剧《汉口码头》，饰演聪明善良的蔡雪。与蒋欣、王凯联袂主演《女人的天空》，饰演刁蛮任性富二代马明梅。
2012年，林一霆搭档靳东、陶飞霏出演年代剧《情仇姐妹》，在剧中情陷三角恋，化身天使与恶魔演绎妹妹叶紫萱 ；11月，搭档曹云金出演抗战剧《兵临村下》，变身战火玫瑰，英姿飒爽演绎神枪手张冉冉 。
2013年，出演由黄渤、黄小蕾领衔主演的年代剧《青岛往事》，在剧中饰演阳光开朗的青年老师夏慧 ；同年，参演抗战题材剧《一个和八个》，饰演倔强勇敢的村姑桃花 。同年，主演励志偶像剧《花样跳水少年》，饰演跳水教练铃美 。
2014年，搭档辛柏青、黄曼主演都市情感剧《跟我回家》，在剧中饰演性格泼辣的小女儿门家楣 。同年，搭档陈宝国、牛莉出演年代剧《老农民》，在剧中饰演小娥子，与牛莉演绎母女情深 ；同年，与刘恩佑、吕一主演近代传奇动作剧《大道天行》，饰演豪情万丈、敢爱敢恨的秦心蓝 。
2015年，与张译、殷桃联袂主演的都市商业剧《鸡毛飞上天》，剧中饰演励志女青年陈巧姑 。
2016年，搭档柯震东、侯梦瑶出演民国传奇剧《舞樱》，饰演大气优雅服装设计师曼妮 。同年，出演年代传奇剧《潜·龙》剧中饰演厨艺超群的多面美人田丽华。
2017年，受邀出席中国国际时装周 ；同年，参演的都市情感剧《云巅之上》第二季播出，在剧中饰演国际导演李虹 ；随后，出演改编自梁羽生同名小说的武侠传奇剧《武当一剑》，饰演机智善良又胆识过人的昆仑山公主西门燕 ；同年，携手张博、李念主演都市题材剧《大浦东》，饰演文艺女青年钱青青 。
2018年，与李雪健、刘莉莉联袂主演电视剧《北部湾人家》，饰演善良贤惠的酒店财务总监 。同年，主演张多福导演执导的电视剧《好雨知时节》，饰演电视台编导叶梓。
2019，携手贾冰、潘斌龙跨界出演第五季《欢乐喜剧人》魔王赛；《寻找喜剧人》终极之战中，与搭档来喜成功突围，获得《欢乐喜剧人》第六季的参赛资格。 2020年1月，与搭档来喜以新晋喜剧人身份参加东方卫视喜剧竞演综艺节目《欢乐喜剧人第六季》 。
2021年4月14日，林一霆参演的电视剧《皇后刘黑胖》开机； 参演电视剧《苹果熟了》。
林一霆毕业于中央戏剧学院表演系，科班功底深厚。无论是《鸡毛飞上天》中倔强又不失温柔的巧姑、《老农民》中的乡村姑娘小子、《青岛往事》中的大家闺秀夏慧，还是《跟我回家》中的星座痴妹门家楣，各种角色她都拿捏到位，表演精准而有层次，角色反差巨大，演技备受好评 。在《鸡毛飞上天》剧中，穿戴上个世纪80年代服饰的林一霆，整体造型也变得相当接地气，这与她生活中时尚靓丽的形象截然不同。林一霆对角色的把握游刃有余，将外表温润如水内心却很有主见的巧姑演绎的真实可人。娴静温婉的古装美女、时尚干练的现代女性、澄澈质朴的村姑等角色中自如切换，率真可爱的好性格以及敢于挑战和突破自我的态度，让林一霆收获了越来越多观众的喜爱。（新浪娱乐评）
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