Trước khi trở thành ca sĩ, anh được biết đến với vai trò người mẫu ảnh của các tạp chí tuổi teen những năm 2007-2008. Khả năng âm nhạc của anh vô tình được phát hiện bởi ca sĩ Thủy Tiên và sau đó, anh đã cộng tác với cô khi bước vào sự nghiệp ca hát.

Anh đã cùng Đông Nhi trở thành một cặp đôi ăn ý trong phiên bản song ca của ca khúc “Nếu” ra mắt khán giả lần đầu tiên trong chương trình Thế giới V-Pop tháng 8 năm 2009, đêm song ca với chủ đề Friend’s Night”,  là một chương trình quy tụ được rất nhiều ngôi sao ca nhạc nổi tiếng. Mặc dù vậy trong chương trình này cả hai đã tạo nên một màn trình diễn ấn tượng trong đêm nhạc.

Tiếp đến trong Liveshow “Nhịp trẻ” là một đêm diễn hội tụ hầu như đầy đủ những gương mặt ca sĩ trẻ đang được khán giả “teen” rất mến mộ như Thu Thủy, Đông Nhi, Wanbi, Bảo Thy, Ngô Kiến Huy, Phạm Huy Du…, Noo Phước Thịnh và Thu Thuỷ đã toả sáng trong đêm nhạc này bởi giọng ca “sống” đầy đặn và sự táo bạo trên sân khấu dù chấn thương trước đó của anh chưa lành hẳn, anh chàng “100% yêu em” và cô ca sĩ “kẹo ngọt” đã thực sự làm khuấy động khán giả.

Bằng khả năng của mình, với chất giọng lạ theo hướng nam trầm, cách trình diễn nhiều cảm xúc trong các bài hát trẻ trung, dễ nghe, ấm, anh đã gây ngạc nhiên cho khán giả và chỉ trong vòng hơn 6 tháng kể từ khi bước chân vào làng âm nhạc, cái tên Noo Phước Thịnh đã dần khẳng định được dấu ấn trong lòng các khán giả trẻ. và được coi là ca sĩ trẻ có triển vọng và thành công sớm. Cùng với Wanbi, Ngô Kiến Huy, Nam Cường, Chí Thiện, Noo Phước Thịnh đang được biết đến như những hoàng tử của Teen Pop Việt bằng sự quyết tâm của mình. Nhưng việc trau chuốt có phần dịu dàng vẻ bề ngoài tạo nhiều nghi vấn cho anh về giới tính, điều này khiến anh phải phân trần với báo chí về giới tính của mình.

Anh bắt đầu sự nghiệp của mình kể từ khi là sinh viên của trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ, khoa Quản Trị Kinh Doanh. anh cũng được cho là có quan hệ “thân thiết” với ca sĩ Đông Nhi trong những buổi biểu diễn và trước đó là ca sĩ Thủy Tiên khi cô được cho là bắt cặp với hotboy Noo Phước Thịnh để thực hiện nhiều kế hoạch chung.

Các album đã phát hành: Album "Ba chấm", Single "Đổi thay", Single "Nỗi nhớ đầy vơi", Album "Lạc bước trong đêm" phát hành ngày 21/11/2011, Mini album "EM" phát hành ngày 22/11/2012. Năm 2013, Noo ra mắt MV "Chờ ngày mưa tan" cùng với rapper Tonny Việt. Trong đó, phân nửa MV được quay tại Hàn Quốc. Bài hát cũng nhanh chóng trở thành hit, thống trị các bảng xếp hạng thời điểm đó. Tháng 9, anh ra mắt single "Đừng nhìn lại" theo hơi hướng nhạc Dance, đánh dấu sự thay đổi về phong cách âm nhạc của Noo. Năm 2014, Noo được làm đại sứ du lịch Nhật Bản và liên tiếp trong 3 năm anh phát hành 3 sản phẩm "Mãi mãi bên nhau" (2014) quay ở Ōsaka, "Really Love You" (2015) ở Kanazawa và "Như phút ban đầu" (2016) ở Kyushu. Tháng 8 năm 2015, Noo Phước Thịnh ra mắt phim ca nhạc "Chuyện tình Maldives" hợp tác cùng Thủy Tiên được quay tại Maldives. Năm 2016, Noo Phước Thịnh tham gia "The Remix (Hòa âm ánh sáng) mùa 2" và trở thành quán quân. Cũng trong năm đó, anh làm huấn luyện viên cho "Giọng hát Việt nhí (mùa 4)". Năm 2017, Noo tiếp tục làm huấn luyện viên cho "Giọng hát Việt (mùa 4)". Tháng 9 năm 2017, Noo cho ra mắt ca khúc "Chạm Khẽ Tim Anh Một Chút Thôi". Năm 2018, Noo Phước Thịnh đại diện Việt Nam tham dự Hong Kong Asian-Pop Music Festival (HAMF) 2018. Trong năm này Noo Phước Thịnh cùng với Lam Trường, Thu Phương và Tóc Tiên ngồi vị trí "ghế nóng" cho chương trình "Giọng Hát Việt 2018".