2010年底,通过甄选进入TF家族,在TF家族练习生训练期间,
2011年作为TF家族的成员参与演唱了《我不要改变》、《我们曾在一起》、《时光机》。
2012年开始录制TF家族自制综艺节目《TF家族面对面》、《TF家族新闻播报》等TF家族自制综艺节目录制。2月,发布的翻唱作品《囚鸟》及《我要快乐》。5月,参与辽宁卫视《天才童声》节目录制;7月,王源合作翻唱作品《一个像夏天一个像秋天》;8月,与王源合唱家族原创作品《我们曾在一起》;9月,王俊凯发布卫生间自拍翻唱作品《我的歌声里》;10月,与王源参加安徽卫视《黄金年代》录制,现场演唱《我的歌声里》;12月发行第二张EP《青蛙也会变王子》。
2013年2月,与王源共同翻唱歌曲《到不了》;3月,王俊凯和王源做客《56红人馆》;4月1日,与王源共同翻唱歌曲《当爱已成往事》。6月1日,与王源及TFBand合作翻唱作品《洋葱》;7月筹备出道,与王源、易烊千玺成中国内地青春励志组合。
2013年8月6日,TF家族官方发布TFBOYS形象宣传片《十年》,王俊凯与王源、易烊千玺三人组成中国内地青春励志组合TFBOYS正式出道,王俊凯担任组合队长。10月18日,正式发行出道EP《Heart梦·出发》,11月8日,与王源共同翻唱歌曲《董小姐》。
2014年3月,开始参演TF家族自制短剧《男生学院自习室》;5月20日,TFBOYS一起参加湖南卫视《快乐大本营》的录制;6月15日,TFBOYS一起签约代言步步高家教机,成为步步高家教机“首席体验师”;7月3日,TFBOYS一起为动画电影《洛克王国3:圣龙的守护》演唱影片主题曲《魔法城堡》;7月3日,TFBOYS一起演唱青春电影《我就是我》的主题曲《想唱就唱》;7月9日,央视励志少年才智秀《少年中国强》发布会在北京举行,TFBOYS一起受邀成为该节目的推广大使,并献唱节目主题曲《HEART》;7月23日,TFBOYS一起参与《少年中国强》第一期节目的录制;8月1日,TFBOYS助阵ChinaJoy;8月5日,《热力赛车》新闻发布会在上海召开,TFBOYS一起受邀成为该游戏的代言人;8月6日,为代言品牌“步步高家教机”拍摄的,以TFBOYS自身为蓝本的王俊凯励志MV《为梦想,时刻准备着》于凌晨首发;8月10日,TFBOYS一同正式成为雅客品牌代言人,并担任 “快乐使者”;8月18日,TFBOYS组合的《青春修炼手册》MV上线,该MV打破5项V榜吉尼斯,夺取中国内地音乐榜冠军;8月26日,TFBOYS组合在重庆举办”步步高体验师之旅暨粉丝见面会“;8月27日,TFBOYS出席星影联盟发布会;8月28日,TFBOYS参加深圳卫视《年代秀》的录制;9月1日,2014年《开学第一课》在央视一套综合频道开播;9月8日,TFBOYS组合参与“苏州月·中华情——2014中央电视台中秋晚会”直播节目;并在早期参与湖南卫视中秋晚会的录制;9月12日,TFBOYS组合发布歌曲《幸运符号》;9月13日,爱奇艺出品,为TFBOYS量身打造的中国首档偶像全纪录节目《TFBOYS偶像手记》;9月24日,TFBOYS组合专辑单曲《幸运符号》MV首发;10月17日,TF家族《TF少年GO!》第二季于腾讯视频全网首播;10月27日,TFBOYS组合发布歌曲《信仰之名》;11月25日,TFBOYS参加“2015腾讯视频V视界”大会并登台表演;12月6日,TFBOYS组合在爱奇艺尖叫之夜荣获“最受欢迎组合”与“年度金曲”两大奖项;12月10日,TFBOYS一起参与《天天向上》节目录制;12月17日,TFBOYS组合受邀参与央视节目《过年七天乐》的录制;12月31日,TFBOYS参与了江苏卫视跨年演唱会的录制。王俊凯获得2014年度明星权力榜内地最佳男歌手。
2015年,TFBOYS组合参与中央电视台“心连心”艺术团赴古田镇进行慰问演出; 1月15日TFBOYS组合荣获 “微博年度公益贡献奖”;1月19日,蒙牛集团蒙牛酸酸乳正式公布TFBOYS组合做为代言人;2月2日,王俊凯参加重庆八中教职工迎新春文艺汇演;2月8日,TFBOYS 组合录制北京卫视《北京电视台春节联欢晚会》;2月11日农历小年,TFBOYS组合登湖南卫视“在一起喜洋洋”小年夜;2月14日情人节,湖南卫视密室闯关节目《疯狂的麦咭》第二季;2月23日,CCTV-3播出《CCTV过年七天乐》;2月28日,在深圳参加步步高家教机举办的《步步高家教机超级公开课》,还以“步步高家教机首席体验师”的身份,前往步步高总公司参观体验,并亲手制作步步高家教机;3月,由张艺谋执导,马特·达蒙、刘德华等中美明星出演的魔幻题材电影《长城》于3月底开拍,王俊凯饰演皇帝;3月6日,《TF少年GO》第三季回归;3月20日,组合发布单曲《宠爱》;3月22日,录制《快乐大本营》;3月25日,出席《2015QQ音乐年度盛典》,荣获华语最受欢迎组合和新势力组合两项奖项,现场表演《青春修炼手册》[40];3月30日,《梦幻西游2》动画片宣布正式牵手TFBOYS组合,为动画片献唱主题曲;当日晚,第22届东方风云榜音乐盛典在上海奔驰文化中心落幕,TFBOYS组合囊括最佳组合和年度风云组合两个奖项;4月10日,TFBOYS携抒情励志单曲《样YOUNG》回归;4月11日,第三届音悦V榜年度盛典在北京万事达中心举行,TFBOYS将“内地最具人气歌手”、“内地年度风向艺人”和“音悦直播人气歌手”三个奖项收入囊中;4月13日,2015音乐风云榜年度盛典深圳湾体育中心举行,首度以代言人身份出席盛典的TFBOYS拿下“年度最受欢迎内地组合奖”,并凭借《青春修炼手册》获“年度最受欢迎歌曲”大奖;4月14日,《梦幻西游2》动画片主题曲《恋西游》正式发布;4月24日,《样YOUNG》MV全网发布;5月20日,台湾媒体主办的“两岸男神榜”票选落幕,王俊凯荣获2015两岸男神榜完美男神、年度人气大赏双料冠军;5月28日,TFBOYS组合参与录制中央电视台2015年中央电视台六一晚会;6月1日,TFBOYS与韩庚共同翻唱的中国少年先锋队队歌《我们是共产主义接班人》新版MV正式发布;6月12日,与王源合作发布翻唱歌曲《明天你好》;6月22日,吉尼斯世界纪录正式宣布王俊凯获得吉尼斯世界纪录TM“转发最多的一条微博信息”的称号;7月22日,TFBOYS赴宝岛台湾录制《康熙来了》和《娱乐百分百》;7月王俊凯作为重庆八中学生会代表,出席了全国学联第二十六次代表大会,同时还兼任学生会副会长和五四优秀青年并登上新闻联播;8月15日,TFBOYS在北京万事达中心举行出道两周年见面会TFBOYS Fans'Time,创腾讯视频Live Music在线演唱会5大行业记录,王俊凯演唱《阳光宅男》、《不要说话》;8月28日,周杰伦为TFBOYS量身打造的单曲《剩下的盛夏》首发;9月19日王俊凯于重庆举办个人生日会回馈粉丝,共吸引了超过100万粉丝在线观看;9月27日,TFBOYS亮相中央电视台中秋晚会直播现场;10月22日,湖南卫视实境户外游戏综艺节目《全员加速中》公布TFBOYS加盟;同年,王俊凯首次参演电视剧《小别离》,饰演学生李想,并且将出演《青云志》饰演少年林惊羽;11月中国90后10大影响力人物出炉,王俊凯名列榜首;11月10日,TFBOYS亮相湖南卫视“双十一晚会”;11月27日,2015百度沸点人气尖叫榜,获得“人气王”称号;12月16日,第二届世界互联网大会王俊凯获得“2015中国十大网络影响力人物”;12月28日,《三联生活周刊》联合百度新闻实验室发布“2015国民表达大数据报告”,王俊凯入选“十位最热议男星”;12月29日,TFBOYS迷你专辑《大梦想家》正式在全亚洲发行;王俊凯获得2015年度明星权力榜内地最佳男歌手。
2016年2月7日,在央视春晚联欢晚会上演唱歌曲《幸福成长》;2月22日,TFBOYS参加2016湖南卫视元宵喜乐会;3月11日,王俊凯在浙江卫视《王牌对王牌》节目中与王力宏共同带来表演《忘情水》;2016年3月,主演的网络剧《超少年密码》在厦门开机,王俊凯饰演主角夏常安;3月13日,由共青团中央学校部、中国绿化基金会、微博校园共同主办的第六届全国大学生绿植领养活动,王俊凯受邀担任形象大使;4月18日,王俊凯出任360手机助手首席梦想官;5月4日王俊凯参与录制了央视“2016五月的鲜花”筑梦青春五四青年节晚会,现场演唱歌曲《少年说》;6月1日,TFBOYS参加2016年中央电视台六一晚会;6月14日,王俊凯个人导航语音包正式上线高德地图;7月5日,TFBOYS参加《超少年密码》发布会;7月11日,主演的科幻悬疑网剧网络剧《超少年密码》在乐视视频播出,王俊凯饰演主角夏常安 ;7月19日,首支个人单曲,《超少年密码》插曲《摩天轮的思念》及其MV在QQ音乐和音悦台上线;8月1日,《诛仙青云志》开播,王俊凯出演少年林惊羽 ;8月1日参与央视《加油!向未来》节目 ;8月6日,TFBOYS三周年北京见面会举行;8月12日,发行个人原创单曲《树读》;8月13日,TFBOYS三周年广州见面会举行,王俊凯舞蹈SOLO性感撩人,更现场首唱了个人自作曲歌曲《树读》 。9月1日,TFBOYS参与央视《开学第一课》节目;9月,王俊凯受邀担任联合国“为生命呐喊倡导者”。