八十年代中期，北京舞蹈学院在济南招考中专班，还上小学的卢星宇，随报考的姐姐去看热闹。姐姐因女性名额限制未能报考，卢星宇却无意中被北京舞蹈学院民间舞系的老师明文军老师看中，于是开始了他的舞蹈生涯。之后卢星宇考入北京舞蹈学院古典舞剧系学习，毕业后在中国歌剧舞剧院，担任首席舞者，一直到他离开舞蹈领域。期间，曾多次获国家各类舞蹈奖项，被文化部授为国家二级演员

1995年，在电视剧《包青天》中，饰演龙套角色店小二。1996年，参演吕颂贤版《笑傲江湖》，饰演配角泰山派天门道长徒弟。1997年，参演古装电视剧《康熙情锁金殿》，扮演学者高士奇。1999年，卢星宇参演张卫健主演电视剧《少年英雄方世玉》，剧中饰演童千斤。

2001年，参演赵文卓、梅婷主演的电视剧《霍元甲》，饰演日本人渡边一郎。2002年，卢星宇与张庭一起主演古装喜剧《火帅》，饰演孟小宝。随后与吴奇隆、任泉、范冰冰等一起主演武侠剧《名捕震关东》，饰演追命。

2003年参演科幻电视剧《少年王》饰演白素的未婚夫桑秋雨。随后参演了奇幻武侠剧《水月洞天》，扮演性格懦弱的御剑山庄尹天奇。2004年，卢星宇参演《水月洞天》的续集《灵镜传奇》，扮演尹天奇。随后参演电视剧《神医华佗》，扮演倪玉。2006年，卢星宇参演魔幻武侠电视剧《神鬼八阵图》，饰演安禄山。

2008年，卢星宇与周海媚主演警匪题材电视剧《生死对峙》，剧中饰演为达目的不惜一切代价的大毒枭肖雄。2009年卢星宇出演王大鹏执导电视剧《家在洹上》，饰演北大考古系学生李古桥。同年与吴辰君一起主演数字电影“水浒人物谱”系列之《母大虫顾大嫂》，饰演小尉迟孙新。

2010年，卢星宇参演历史题材电视剧《李白》，扮演李白的同门师弟李烟。随后参演古装喜剧《包三姑外传》，扮演辽王朱植。剧中卢星宇首次将喜剧表演手法，融入到了角色中。同年，卢星宇参演古装电视连续剧《天地民心》，饰演皇四子诺敏。

2011年7月，侯明杰执导的抗战剧《香草美人》播出，卢星宇在剧中出演一位“日本共产党”“中西功”。2012年4月，卢星宇主演了微电影《还》，饰演一个“业余”抓贼的普通人。5月卢星宇与张桐、苏岩一起主演了抗战剧《川西剿匪记》，饰演张济邦。随后卢星宇在电视剧《风云之十里洋场》中，出演战士王焕章。

2013年，卢星宇参演黄健中执导神话剧《蓬莱八仙》，扮演全剧最大反派孤山魔君。

2015年2月，电视剧《活色生香》播出，卢星宇在剧中扮演一名制香高手安秋生。6月在网剧《盗墓笔记》中出演鲁国公，随后卢星宇参演古装偶像轻喜剧《极品新娘》，在剧中饰演一位性情古怪但医术十分高明的余神医。10月，在电视剧《灵魂摆渡2》中，客串了树先生。

2016年，参演小说《诛仙》改编仙侠电视剧《青云志》，饰演苍松。同年在武侠大剧《飞刀又见飞刀》中饰演金无垢一角；并在青春宫廷史诗巨制《大唐荣耀》中饰演史思明。

2017年，在古装历史剧《天下长安》中饰演杜淹。5月《龙珠传奇》播出，卢星宇饰演双面索额图；6月《军师联盟》开播，卢星宇饰演陆逊；8月《轩辕剑之汉之云》开播，卢星宇演技炸裂饰多闻使

2010年11月，卢星宇拍摄了公益微电影《爱无言》，通过微电影的形式关爱聋哑人。

卢星宇凭借《家在洹上》《天地民心》等影视剧而被观众所熟知。在《李白》中，卢星宇跨越年龄界限，从李烟的青年一直演到了老年，把一个历史人物，演绎得惟妙惟肖。

从《天地民心》到《香草美人》，卢星宇所饰演的每个角色，都具有鲜明的个性。这类角色在艺术表现手法上更具难度，卢星宇在诠释这类角色时，尤为擅长。