1988年，车胜元成为模特，并由此进入演艺圈。1995年，出演首部电视剧《风之歌》。1997年，介入拍摄首部影戏《汉城沐日》；同年参演了电视剧《
纽约故事》。
1998年，主演由李光勋执导的恋爱影戏《赤色人鬼恋》。1999年，介入拍摄影戏《加油站袭击事务》；同年与宋承宪、李美妍、裴斗娜携手主演SBS电视剧《恋爱故事》。
2000年，与金秀路、刘智泰、金圭莉配合主演了枪战片《猛火焚城》（又名《LiberaMe》）。2001年，车胜元主演了金尚镇导演的笑剧片《
新罗月夜》，该片以400万的观影人次成为“韩国年度十大卖座影戏”。
2002年，主演的笑剧片《规复节特赦》在韩国的观影人次超过307万，成为“韩国年度十大卖座影戏”。
2003年，车胜元主演了黉舍题材的影片《教员你好》，该片在韩国的观影人次达到240万；以后与权相佑、金敏贞合作主演恋爱影戏《X计划》；同年车胜元凭仗《
保镖》获得KBS演技大赏最优异演技赏，凭仗《规复节特赦》获得第39届百想艺术大赏最好男演员奖。
2004年，车胜元在金尚镇执导的笑剧鬼片《鬼魂鬼屋》中饰演一名可以看到鬼魂的汉子；同年友情出演李志勋、廉晶雅主演的影戏《女教员VS女学生》。
2005年，车胜元一改笑剧路线，主演了金大胜执导的悬疑片《血之泪》；同年与申河均、金智秀、柳承龙配合主演悬疑影戏《请在鼓掌的时辰分开》，饰演性情火爆的搜检官崔延奇。2006年，车胜元主演了恋爱片《国境的南方》。
2007年，车胜元在影戏《
儿子》中第一次应战父亲的角色，而且凭仗剧中塑造的强植一角获得第15届春史大赏男人优异演技赏；同年，车胜元介入拍摄了张圭成执导的笑剧片《郡守与里长/里长与郡守》，该片于2007年3月29日在韩国上映。
2008年，车胜元拍摄了郭景泽监制的动作片《有仇必报》（又名《
以眼还眼》），饰演兼备镇定脑筋和果敢行动力的天才罪犯安玄珉；截至2008年12月，《有仇必报》在韩国的观影人次超过了250万，成为“韩国年度十大卖座影戏”。
2009年，车胜元再次回归电视剧领域，在SBS水木剧《
市政厅》中饰演胡想当总统的仁州市副市长故国，此剧从首播到竣事，收视率在同时段播出的水木剧中一向排在第一名；8月，与黄正民、韩聪明、白成铉配合主演李俊益执导的古装片《打破云层之月》；11月，车胜元接拍了战争影戏《到炮火中去》。
2010年3月，主演SBS电视剧《
雅典娜：战争女神》，饰演可骇构造“雅典娜”的首领孙赫；6月16日，车胜元主演的战争片《到炮火中去》在韩国上映，该片上映19天后观影人次冲破了240万。
2011年，与孔孝真、尹启相、刘仁娜配合主演MBC水木剧《最好恋爱》，饰演性感、体贴的男明星独孤真，凭仗该剧车胜元获得2011年MBC演技大赏男人迷你剧系列最好男主角奖。
2012年，与郑雨盛、秀爱、金民钟携手主演动作影戏《
雅典娜：无间谍局》，饰演美国谍报局东亚分部的部长孙赫。2013年，主演张镇导演执导的动作影戏《
高跟鞋》。
2014年，与李胜基、高雅拉、安宰贤配合主演SBS水木剧《你们被围困了》，饰演刑警组组长徐判锡。
2015年，与李W熹、金载沅、徐康俊配合主演4月13日首播的MBC月火剧《
华政》，饰演朝鲜王朝第十五代君主光海君。
