2002年7月，任中国歌剧舞剧院歌剧团演员；同年，参加辽宁省青年歌手大赛，获得优秀奖。2003年，主演音乐剧《花木兰》，在剧中饰演男一号白玉溪。2004年，参加第十届中央电视台全国青年歌手大赛，获得优秀奖；同年，参加首届全国通俗歌手大赛，获得北京赛区金奖。

2005年，与谭维维合作主演音乐剧《金沙》，在剧中饰演男一号沙。2006年，与谭维维、朱天天参与音乐剧《金沙》的音乐原声带的录制；同年，录制电视剧《家经难念》片尾曲。

2007年，参加东方卫视选秀娱乐节目《加油！好男儿》的比赛，获得武汉赛区六强；同年，出演杨硕执导的舞台剧《奉旨越狱》，在剧中饰演男一号大麦；同年，郑棋元还客串了高虎、魏佳庆主演的数字电影《幸福成本》。

2008年2月，参加中央电视台春节联欢晚会，并与梁咏琪、陈奕迅、费玉清等歌手合唱奥运歌曲《同一个梦想》。2009年，参加第七届中国音乐金钟奖流行音乐大赛，获得男子组银奖；同年，与谭维维合作主演音乐剧《花儿与少年》，在剧中饰演赛尔德。

2010年，与谭晶合作主演歌舞剧《在那遥远的地方地方》，在剧中饰演王洛宾。2011年，推出个人单曲《如果你爱我》，该歌曲由曹轩宾创作；同年，参加山东卫视音乐真人秀节目《歌声传奇》，在刘欢专场中演唱歌曲《情怨》。

2012年，出演陆川执导的音乐剧《鸟巢.吸引》，在剧中担纲男一号凡；同年，担任湖北卫视《我爱我的祖国》的演唱嘉宾。2013年，参加东方卫视选秀娱乐节目《中国梦之声》的比赛，获得全国42强。

2015年，在国家体育场鸟巢表演《鸟巢·吸引》的水立方版；同年，出演由郭敬明担任监制的音乐剧《小时代》；12月，与喻越越搭档主演音乐剧《上海滩》，在剧中饰演内敛、成熟、内心火热而又不予言表的许文强。

2016年，与喻越越搭档主演音乐剧《大红灯笼》选段《我是谁》，并凭借该剧获得第3届中关村国际音乐剧节音乐剧学院奖金奖。2017年9月，与郁可唯、阿云嘎、黄绮珊共同主演音乐剧《阿尔兹记忆的爱情》，在剧中饰演为爱坚守、不离不弃男主角吴智哲。

2019年，以演唱成员的身份参加湖南卫视原创励志声乐竞演节目《声入人心第二季》。

2020年1月24日，在2020年中央广播电视总台春节联欢晚会上与李光羲、蒋大为等表演歌舞《亲爱的中国》；随后，参加CCTV-1文化音乐节目《经典咏流传》，与谭维维合唱《汤显祖遇见莎士比亚》。10月1日，参加2020年中央广播电视总台中秋晚会，与王凯共同演唱歌曲《月光》；同年，主演音乐剧《一爱千年》。

2021年，主演原创音乐剧《赵氏孤儿》。