2007年周元以音乐剧《Altar Boyz》正式出道，2010年签约SIM. Entertainment（SIM）成为旗下艺人，同公司艺人有严正花、严泰雄、徐雨。签约仅仅1个月的时间，就接下了KBS电视剧《面包王金卓求》饰演反派人物具马俊。此剧在韩国创下最高50.8%的收视率，成为近3年来首次突破50%收视率的电视剧。
2011年周元以《鹊桥兄弟们》中黄泰熙一角，获得2011年KBS演技大赏新人奖和百想艺术大赏电视部门新人男演员奖。
2012年周元出演KBS水木剧《新娘面具》，饰演男主角李江土。该剧收视率达22.9%，周元也以此剧获得2012年KBS演技大赏人气奖和长篇优秀男演员奖。同年周元担当韩国娱乐节目《两天一夜第二季》的MC，获得2012年KBS演艺大赏娱乐男子部门新人奖。
2013年周元搭档崔江熙出演MBC水木剧《七级公务员》，饰演了可爱骄傲痴情的韩吉路。周元在《七级公务员》结束后，马上进入电影《Catch Me》的拍摄，《Catch Me》是周元2011年以《特搜本部》在大银幕电影出道之后首次担当主演的电影作品。8月，周元与文彩元一同出演KBS月火剧《good doctor》，在剧中扮演拥有学者综合症的自闭青年朴施温。该剧以最高21.5%的收视率收官，凭此剧周元获得了第26届韩国PD大奖演员奖，KBS演技大赏三大电视台PD选择演技者奖、男子最优秀演技奖、网络人气奖、情侣奖等四项奖项。
2013年周元选择音乐剧《GHOST》回归时隔4年的音乐剧舞台。音乐剧于2013年11月24日首次公演，并持续到2014年6月。
2015年7月30日，SBS新水木剧《龙八夷》方公开了主演周元的剧照，周元将饰演一位实力超群的外科医生金泰贤，8月5日播出。韩国电影《就是那个家伙》于10月28日上映，主演周元与刘海镇将展开一场较量，吸引了大家的关注。
