2008年，經過北京電影學院老師劉暢的引薦，曹炳琨進入了電視劇《潛伏》劇組，和孫紅雷、姚晨等演員合作；劇中他飾演靠倒賣情報發財的特務謝若林。

2013年，與沙溢、陳瑾合作出演諜戰電視劇《滲透》，飾演對工作兢兢業業的國民黨特務齊公子。2014年4月，由曹炳琨、李曼、种丹妮領銜主演的年代情感電視劇《血色迷情》在南京影視頻道播出；5月曹炳琨憑藉《滲透》獲得第二十屆上海電視節白玉蘭獎最具人氣男演員獎提名。

2014年，8月，憑藉《滲透》獲得“華鼎獎·中國近代革命題材電視劇最佳男主角。