2012年3月，朴海俊在悬疑电影《火车》中饰演高利贷业主，这是他首次出演影视作品 。2013年10月，出演由张俊焕执导的动作电影《华颐：吞噬怪物的孩子》，在片中饰演熟练使用各种枪械、行动力强的范秀。

2014年5月，SBS医学爱情谍报剧《Doctor异乡人》开播，朴海俊在剧中饰演朝鲜特工车镇修。10月，参演由金元锡执导的tvN职场剧《未生》，在剧中饰演营业三组科长千关雄 。

2015年1至2月，出演音乐剧《月光妖精和少女》，饰演广播电台DJ开俊 [13]  。6月，OCN动作悬疑剧《我的美丽新娘》开播，朴海俊在剧中饰演江南警察署警卫、重案二组组长朴炯植  。9月，加盟由权相佑、成东镒主演的犯罪喜剧电影《侦探：TheBeginning》，在片中饰演与卢警官一起办案的刑警俊秀。

2016年2月，搭档金芝荷出演由李恩熙执导的爱情电影《纯情》。4月，由郑址宇执导的剧情电影《4等》上映，朴海俊在片中饰演曾为冠军选手后放弃游泳的游泳教练  ，首次担当电影主演，并于同年凭借该片获得第25届韩国釜日电影奖最佳新人男演员奖提名 。6月，由金亚中等主演的SBS悬疑剧《Wanted》开播，朴海俊在剧中饰演女主角的丈夫、自私自利的经理宋正浩。11月，与孔晓振、严智苑合作出演惊悚电影《Missing：消失的女人》。

2017年5月，出演由郑允哲执导的剧情电影《代立军》。11月，与郑址宇导演再次合作，出演犯罪电影《沉默》。2018年3月，tvN都市剧《我的大叔》开播，朴海俊与金元锡导演再次合作，在剧中饰演男主角的好友、出家修行的僧人谦德。5月，参演由李海暎执导的动作电影《毒战》 [6]  ，并凭该片获得第55届韩国百想艺术大赏电影部门男子配角赏提名。

2019年3月，与李善均、全素妮连袂主演犯罪电影《恶霸警察》。6月，与金元锡导演第三次合作，出演由张东健、宋仲基、金智媛等主演的tvN奇幻悬疑剧《阿斯达年代记》，在剧中饰演对人类首领山雄十分忠诚的勇士武伯。8月，与郑址宇导演第三次合作，出演由金高银、丁海寅主演的爱情电影《柳烈的音乐专辑》。9月，与车胜元、全慧彬等共同主演的喜剧电影《加油，李先生》上映  。11月，与李英爱、李源根、刘在明等合作主演的剧情电影《请寻找我》上映  。12月，出演喜剧电影《始动》。

2020年3月，搭档金喜爱主演的JTBC情感伦理剧《夫妻的世界》开播，这是他首次担当电视剧男主角