郭冬冬在学校就是品学兼优的学生，因具有阳光气质被广告商看中，应邀接连拍摄了《左耳》、《漫Girl》等杂志和一些广告。在中央戏剧学院就读期间，出演知名莎翁舞台剧《哈姆雷特》与《赵氏孤儿》，其中《赵氏孤儿》受到其他国家的关注，并被邀请到印度演出，受到当地政府及观众的重视。

2010年，中戏大三的郭冬冬签约北京大汗天下传媒公司。同年3月，他以“中戏校草“的身份和北京电影学院的杨幂、上海戏剧学院的蒋劲夫一块被邀请录制湖南卫视综艺节目《快乐大本营》，这是他的荧屏首次亮相，也是踏入演艺圈的开始；4月，接拍个人首部电视剧《摩登新人类》，在剧中饰演恃才傲物，性情古怪的音乐才子秦天；随后，又担任张靓颖歌曲《IDO》MV男主角。

2011年2月，参与录制北京台春节特别节目《北京客》。同年，出演电视剧版《天下无贼》，在剧中饰演“侠盗”浩哥的儿子。在荧幕初露锋芒之后，郭冬冬决定回学校继续修完表演课程。

2013年，出演古装武侠剧《笑傲江湖》，饰演日月神教江湖隐棋之一的孤桐。随后，又接拍了都市情感剧《蔷薇的战争》。

2014年2月，主演古装励志爱情剧《错点鸳鸯》，饰演执着专情的石家三少爷石无介。同年，与柯蓝搭档演出根据茅盾文学奖作品《天行者》改编的革命题材剧《我们光荣的日子》开机，他则在剧中饰演忠于职守的山村老师余兴荣。

2016年4月，与林更新合作主演的古装传奇剧《武神赵子龙》播出，他在剧中与赵子龙饰演一对患难与共的兄弟，共同经历重重磨难。同年，与张钧甯、刘欢、谢君豪等联袂主演民国传奇女性剧《女管家》，饰演马致远；与谷智鑫、严屹宽、袁弘等合作主演红色热血青春大剧《血染大青山》。

2017年，与贾乃亮、王子文合作主演《何所冬暖何所夏凉》等。

郭冬冬俊朗的外形中夹杂着一股少年的忧郁，又有着美男的外表及花样的气息。清澈的眼神再加上还带点稚气的脸孔，深得广告商的青睐。专业的教育让他磨练出了扎实的表演功底，不管是活泼乐观、单纯开朗的石无介，还是《笑傲江湖》里的用情之深、同情之专的孤桐，郭冬冬都驾驭的游刃有余。