2003年，還在北京電影學院上二年級的萬思維參加了由湖南經視台舉辦大型選秀類綜藝節目《絕對男人》年度總決選和湖南衛視第二屆中國金鷹電視藝術節之“金鷹新秀大賽”而獲得了廣泛關注；同年憑藉和夏雨，周韻主演的都市愛情劇《愛上單眼皮的男生》進入娛樂圈。2011年因在央視開年軍旅大戲《第五空間》中擔任男主角，並且取得了同時段收視率第一的好成績，獲得觀眾好評，因此成為了新生代軍旅偶像的代表。
2013年萬思維領銜主演的年代愛情戲《錯嫁》取得南方地區收視率前三的好成績，同年在抗戰大戲《國家記憶》中與張豐毅搭檔，擔綱並列男主角，展現了一段熱血男兒血灑疆場的感人故事。同年出演八一電影製片廠重點獻禮電影《雷鋒的微笑》飾演男主角雷鋒，被媒體評為“史上最陽光溫暖的雷鋒”，奠定了其紅色軍旅小生地位。
2014年在電視劇《裸婚之後》中飾演鍾亦誠，這也是萬思維首度嘗試都市情感題材，飾演一位與曾經形象反差很大的文藝青年。