2013年7月26日，参加浙江卫音乐选秀节目《中国好声音第二季》第3期，在节目中演唱了歌曲《狐狸》，从而进入演艺圈；8月30日，参加CCTV7表演综艺节目《乡村大世界》暑间特别节目“让梦飞翔”，在节目中演唱了歌曲《狐狸》；10月，纪海星参加CCTV文艺表演综艺节目《我要上春晚》，被评委孙悦收为徒弟；担任央视励志真人秀《出彩中国人》评委；11月4日，发行个人首张EP音乐专辑《我就是纪海星》，收录了《星期天》《坚强的理由》《我们曾是摇滚》3首歌曲。2014年4月19、20日，参加CCTV选秀节目《星光大道》承德地区选拔赛成功晋级复赛；12月22日，担任全国高校《2014校园真象原创音乐大赛》总决赛评委，并现场演唱歌曲。2016年7月18日，纪海星主演由谢宜执导的奇幻电影《暗黑西游之灭神》开机；随后，与孟飞、格格等演绎温情单曲《爱在你我左右》；8月16日，与宋健波、姜涛等合作出演由陈欣茹执导的网络悬疑电影《浴缸里的女人》在网络播出，他在片中饰演歌手池敬文；11月11日，与刘翕、何索、包亚铭合作主演由陈强执导的爱情喜剧片《再见心机婊》在网络播出，在片中饰演为达成目的无所不用其极的腹黑男牛大海。2017年1月13日，主演由徐明、刘国旭执导的犯罪剧情电影《吃不了兜着走之港城风云》在网络播出；1月10日，出演由顾文雷、张财铭联合执导的动作爱情片《阿飞之喋血街头》；4月16日，与凌紫沫、赵文俊、白云、吕孜妤主演由刘侃、申金锁联合执导的魔幻电影《魔法高校》；6月21日，与包亚铭、林璐合作主演由陈强执导的悬疑惊悚片《新说聊斋之114号别墅》在爱奇艺播出。2018年1月，主演的近代传奇剧《女武生》在横店开机，他在剧中饰演梨园何家戏班二当家；4月11日，与陈晓、景甜等合作出演由毛卫宁执导的刑侦剧《一场遇见爱情的旅行》开机，他在片中饰演代号“天蝎”的反派角色。2019年，参演电视剧《天下无诈》，在剧中饰演楚小宝。
