自2004年毕业以来，王伟源曾担任戏剧编剧兼导演杭程的助理，随后于2005年在北展剧场参演杭程执导的话剧《新青年》，此后数年他成为杭程导演的得力助手，频频现身各种舞台剧演出，同时也涉足戏剧导演与制作领域。2008年北京奥运会期间，他参与拍摄了北京卫视和上海文广联合出品的百集情景剧《奥运在我家》，该剧荣获第27届飞天奖最佳长篇电视剧特别奖，王伟源在其中担任重要角色。2010年，他因在新锐导演江涛的电影《无底洞》中的出色表演，获得第14届上海电影节传媒大奖最佳男配角提名。2012年，他在热播剧《刀客家族的女人》中饰演许根子。2014年5月，他在都市问题轻喜剧《香火》中饰演丁凯南；同年9月，他又在年代传奇大戏《大连故事》中饰演齐孝廉。