2003年，接拍电视剧《
小兵张嘎》，饰演主角嘎子（张嘎）而成名。
2006年以天下生、旦、净、丑专业总排名第一的成就考入中国戏曲学院。同年，出演自已演艺生涯由焦细雨执导的第一部电影《龙的任务》，饰演小龙。
2007年，在与叶青青、刘景毅联袂主演的电影《继母日志》中饰演韩子毅；同年还出演电影《铁警雄风》，《留下来陪你》。电视剧方面，出演成浩导演作品《纯真年月》。
2008年，与杨丽晓、徐松子、张志彤主演阎建钢指点电影《一声唿哨》，在影片中饰演千勇。
2009年年头，谢孟伟接拍了献礼片《
铁人》，在这部按照王进喜的先进业绩改编的影片《铁人》中，谢孟伟饰演的是王进喜最小的门徒“小豹子”孙明元。同年，出演军旅题材的电视剧《
我的团长我的团》。
2010年，在电视剧《为了新中国，前进》中，饰演董存瑞的同亲兼战友郅振彪。同年，与王宝强联合出演电视剧《夺宝》，饰演神枪手。
2011年，加盟电影版《
小小飞虎队》，大展搞笑先天，为电影增长不少趣味。同年，还与朱时茂，钟梅，苏瑾主演电影《让我再抱抱你》，饰演孙强。
2012年，与吴奇隆、甘婷婷、王新等配合主演电视剧《
向着炮火前进》，饰演爱恨分明、敢作敢为的桩子。
2013年，谢孟伟加盟由云南卫视主办的青春纪实节目《
士兵突击》，圆了自己的甲士梦。
2013年，谢孟伟与王挺、王珂、王新等配合主演电视剧《
英雄联盟》，饰演明面上是贩子，背后实为锄奸小分队队员的余文墨。
2014年，与吴奇隆、唐于鸿、王新合作，主演都市电视剧《向着幸运前进》，饰演李强。同年与谭凯、蒋欣、程煜合作主演电视连续剧《
边城》，饰演梁文权的助理。
2015年，在高能笑剧《
非常同伙》中应战反派角色。谢孟伟主演的都市温情大戏《
背着奶奶进城》于11月6日在山东卫视播出。
