2011─2014: Inizio carriera
Luhan è stato il secondo membro degli EXO ad essere formalmente presentato al pubblico il 27 dicembre 2011. Insieme a Tao, Chen e Kai, ha fatto la sua prima performance televisiva all'evento SBS Gayo Daejun il 29 dicembre dello stesso anno. Il primo singolo del gruppo, "What Is Love", è stato rilasciato il 30 gennaio 2012. Il gruppo ha rilasciato il secondo singolo, intitolato "History" il 9 marzo. Il pre-show showcase del gruppo si è tenuto al Seoul Olympic Stadium il 31 marzo 2012, cento giorni dopo il lancio del primo trailer del suo debutto il 21 dicembre 2011. Lo showcase si è tenuto per circa 3.000 fan e 8.000 candidati selezionati per assistere alle loro esibizioni. Il gruppo ha tenuto una conferenza stampa e mostrato le loro esibizioni presso la Grande Sala dell'Università di Economia e Affari Internazionali a Pechino, in Cina, il 1 aprile 2012. Il 24 aprile, insieme a D.O. , Baekhyun, Chen, BoA, Kangta, TVXQ, Taeyeon, Yesung, Jonghyun e Luna, hanno rilasciato una canzone per la colonna sonora del film I AM. intitolata "Dear My Family". Il 23 agosto 2012, la S.M. Entertainment ha annunciato che Luhan si sarebbe esibito con BoA nella canzone "Only One", per l'episodio del 24 agosto di Music Bank. Luhan è diventato il quarto ad esibirsi con la cantante dopo Yunho, Eunhyuk, Taemin e Sehun.
Il 16 ottobre dello stesso anno, è stato annunciato che avrebbe partecipato al gruppo di ballo di 6 membri Younique Unit, insieme a Eunhyuk, Hyoyeon, Taemin, Henry Lau e Kai eseguendo la veloster theme song intitolata "Maxstep" per l'album PYL Younique Album, essendo un album di collaborazione tra S.M. Entertainment e Hyundai. Un video teaser della canzone è stato mostrato nel PYL Younique Show il giorno successivo. La canzone è stata rilasciata ufficialmente il 31 ottobre 2012.
Il 23 giugno 2013 ha partecipato alla squadra cinese per una partita di calcio alla Asian Dream Cup 2013 a Shanghai. Nel gennaio 2014, ha partecipato all'Idol Star Athletics Championship. Il 23 aprile 2014, è stato inserito nel cast di 20 Once Again, diretto da East Chen. Un rappresentante della SM ha detto a Newsen: "Luhan è stato confermato in 20 Once Again. Al momento stiamo regolando i tempi delle riprese". Il film è una versione cinese del film coreano, Miss Granny, in cui una vecchia signora torna ad essere giovane, e ha debuttato nel gennaio del 2015. Il 13 agosto 2014, un post di Luhan sul suo account ufficiale Weibo ha raggiunto oltre 13 milioni di commenti, entrando così nel "Guinness World Records" come persona che ha più commenti in un post Weibo. Il 19 agosto, la S.M. Entertainment ha postato una foto di Luhan con il suo certificato "Guinness World Records" e una medaglia da primato mondiale. Il 10 ottobre dello stesso anno, ha intentato una causa contro la S.M. Entertainment per annullare il suo accordo di esclusività, principalmente a causa di problemi di salute. Sempre in ottobre, ha recitato nel remake del video musicale di "The Last Game" realizzato per EXO 90:2014. Il 1º dicembre, ha rilasciato la canzone "Our Tomorrow" per la colonna sonora di 20 Once Again. La canzone ha raggiunto la prima posizione nella Baidu Music Chart.
2015–2016: Carriera di attore, serie Reloaded, Xperience e Xplore
Il 26 gennaio 2015, è stato annunciato che Luhan avrebbe cantato la canzone tema per l'uscita del film Comrades: Almost a Love Story, in Cina. La canzone intitolata "Tian Mi Mi", è stata ufficialmente rilasciata il 3 febbraio. Il 28 gennaio, è stato annunciato che il film sudcoreano Blind avrebbe vinto una versione cinese, intitolata The Witness, con protagonista Luhan. Il film è uscito in Cina il 30 ottobre dello stesso anno. Nel febbraio del 2015, è apparso nel film 12 Golden Ducks. L'11 marzo, Legendary Entertainment ha annunciato che Luhan sarebbe stato inserito nel cast di The Great Wall, diretto da Zhang Yimou insieme a Matt Damon, Andy Lau e Pedro Pascal. Il film è stato distribuito da China Film Group in Cina il 15 dicembre 2016, e negli Stati Uniti il 17 febbraio 2017 da Universal. Il 27 maggio 2015, è stato rivelato che Luhan e il cantante taiwanese David Tao avevano registrato la canzone tema per le Olimpiadi invernali del 2022. La canzone intitolata "Please Come to the Great Wall to Ski" ha avuto il suo video musicale pubblicato nel luglio 2015. Il 28 agosto, è diventato un membro fisso della versione cinese del programma Running Man, intitolato Hurry Up, Brother. L'11 settembre, Luhan è stato confermato nella versione cinematografica del popolare web drama The Lost Tomb, intitolato Time Raiders, interpretando Wu Xie. Rilasciato da Le Vision Pictures il 5 agosto 2016.
Il 14 settembre, ha rilasciato il suo primo mini-album intitolato Reloaded I, insieme alla title track "That Good Good", tramite QQ Music Charts. L'album ha venduto 880.000 copie il primo giorno, il più alto numero di vendite registrato nel primo giorno di rilascio ufficiale, e ha anche raggiunto più di un milione di vendite su QQ Music, stabilendo il record di vendite di album digitali più veloci. Giorni dopo ha pubblicato la canzone "Your Song". Sempre a settembre Lu Han ha battuto il proprio record sul Guinness World Records come persona con la più alta quantità di commenti in un post su Weibo, superando gli 87 milioni di commenti. Il 14 ottobre 2015 ha pubblicato la canzone "Medals" come singolo e colonna sonora del film The Witness. Uscendo su iTunes il 4 novembre dello stesso anno, debuttando alla posizione numero uno della China V Chart così come della Billboard Hot 100, rendendolo il primo singolo in mandarino ad arrivare ultimo. Sempre in ottobre ha pubblicato il singolo "Football Gang". All'inizio di novembre ha pubblicato il video musicale per la canzone "Promises", che è stato rilasciato come singolo giorni dopo. Il 1º dicembre ha pubblicato il mini-album Reloaded II, contenente le canzoni "Lu" e "Deep". La canzone "Deep" è stata anche inclusa nella colonna sonora di Kung Fu Panda 3. Ha pubblicato il suo primo album in studio, intitolato Reloaded, il 22 dicembre 2015. L'album ha raggiunto la vetta della classifica Tower Records in Giappone, ed è diventato l'unico album dalla Cina continentale ad entrare nella Top 5 della classifica G-Music di Taiwan.
Il 6 gennaio 2016, ha pubblicato la canzone "The Inner Force" per la colonna sonora di Star Wars: The Force Awakens, debuttando al numero due della China V Chart. Il 16 febbraio dello stesso anno, ha pubblicato il mini-album Reloaded+, insieme alla title track "Excited". A marzo dello stesso anno ha pubblicato il video musicale per la canzone "Adventure Time". Il 26 marzo 2016, Luhan ha iniziato il suo primo tour da solista, intitolato Luhan Reloaded: 2016 Luhan 1st China Tour, a Pechino e Guangzhou il 2 aprile, e a Shanghai il 9 aprile dello stesso anno. Nel giugno 2016, ha ottenuto il ruolo principale di Chen Changsheng nella serie della Hunan Television, Fighter of The Destiny. Il 21 ottobre dello stesso anno, ha pubblicato il mini-album Xperience, con la title track "Catch Me When I Fall". Nel dicembre 2016, ha fatto un'apparizione nel film See You Tomorrow. A dicembre Il 27 dicembre, ha pubblicato il mini-album Xplore, insieme alle canzoni "Winter Song" e "Skin to Skin". Con i suoi video musicali rilasciati nel gennaio 2017.
2017-presente: Avventura e immaginazione
Nel 2017, Luhan recita nel suo primo dramma televisivo, Fighter of the Destiny, una serie di wuxia fantasy. Nel febbraio dello stesso anno viene anche scritturato per il film 5 Centimeters Per Second adattato dall'omonimo romanzo giapponese. Il 21 gennaio ha lanciato ufficialmente il singolo digitale Venture insieme al singolo "What If I Said" su QQ Music, KuGou Music e Kuwo Music, vendendo 60.000 copie in soli 3 minuti e 160.000 in 10 minuti. La canzone "Roleplay" è stata rilasciata come singolo il 27 febbraio. Ha pubblicato il mini-album Imagination il 19 aprile 2017, accompagnato dalle canzoni "On Call" e "Say It".