2011年5月，参演孟京辉执导的话剧《希特勒的肚子》，从而正式出道。2012年4月，主演的话剧《混小子狂欢节》在国话东方先锋剧场首演，李星佑在剧中饰演粗暴狂野的“混小子”。

2014年，主演励志音乐剧《沫若少年》，李星佑在剧中饰演少年时代的郭沫若。2015年，加盟真人秀节目《恶作俱乐部》。

2016年1月23日，出演的青春爱情剧《翡翠恋人》在上海开机，李星佑在剧中饰演帅萌的温暖军官雷小火，这也是他的首部电视剧作品 ；6月26日，主演的古装悬疑网络电影《明侦探渣男》开机，李星佑在片中饰演朝廷急命东厂新人查小男；11月21日，与罗云熙，刘馨棋合作出演的古装奇幻网剧《屏里狐》在搜狐视频播出，李星佑在剧中饰演富家公子哥张启鸣。

2017年1月5日，主演的古装悬疑推理电影《十八盗之云中鹤》上映，在片中饰演邋遢蠢笨卖黄酒的孙黄酒。2018年9月5日，与鞠婧祎、Mike合作主演的都市青春剧《游泳先生》在芒果TV播出，李星佑在剧中饰演游泳运动员姜世。

2022年3月，李星佑参演古装网剧《我家侯爷不宠我之欢喜冤家》。