2015年1月至5月，参演古装仙侠剧《蜀山战纪之剑侠传奇》，饰演蜀山派大师兄丹辰子；同年6月，在现代剧《翻译官》中饰演雅痞医生高家明；10月至11月，搭档迪丽热巴、张云龙主演喜剧电影《傲娇与偏见》。
 
2016年10月，在动作电影《惊天破》中与刘青云、谢霆锋合作，扮演冷酷而又有着柔情一面的杀手“将军”。
 
2017年1月30日，与杨幂、赵又廷、迪丽热巴合作主演的古装仙侠爱情剧《三生三世十里桃花》上星播出，他在剧中饰演了心系四海八荒太平的东华帝君，该剧播出后以双台平均破一的成绩取得了全国同时段电视剧收视冠军，其全网播放量在播出期间便逼近了300亿次，高伟光个人也因此得到更多观众的认识；2月，参演“亮剑”系列第三部《亮剑3之雷霆战将》，他在剧中饰演川军名将郭勋魁。