2008年，经过北京电影学院老师刘畅的引荐，曹炳琨进入了电视剧《潜伏》剧组，和孙红雷、姚晨等演员合作；剧中他饰演靠倒卖情报发财的特务谢若林。

2013年，与沙溢、陈瑾合作出演谍战电视剧《渗透》，饰演对工作兢兢业业的国民党特务齐公子。2014年4月，由曹炳琨、李曼、种丹妮领衔主演的年代情感电视剧《血色迷情》在南京影视频道播出；5月曹炳琨凭借《渗透》获得第二十届上海电视节白玉兰奖最具人气男演员奖提名。

2014年，8月，凭借《渗透》获得“华鼎奖·中国近代革命题材电视剧最佳男主角。