Ian Somerhalder témoigne d'un remarquable éclectisme : il tourne dans le film d'Aaron Wiederspahn,
The Sensation Of Sight, aux côtés de David Strathairn et jouera ensuite off Broadway une nouvelle pièce de Bert V. Royal, Dog sees God : Confessions of a Teenage Blockhead, au Century Center for the Performing Arts. Dog sees God est une "parodie non autorisée" qui s'inspire des mésaventures de Charlie Brown, le personnage de cartoon le plus malchanceux, mais dépeint à l'âge adulte. Cette pièce fût l'un des grands succès de 2004 au New York International Fringe Festival, gagnant le prix de l'Excellence Award de la meilleure Mise en scène, ainsi que le prix de la meilleure pièce au Theatermania et le prix GLAAD Media pour la meilleure production Off-Off Broadway.
En 2002, Somerhalder a tenu un des premiers rôles dans
Les Lois De L'Attraction de Roger Avary. Inspiré d'un roman de Brett Easton Ellis, le film décrit les complexes relations amoureuses d'étudiants dans une université de la Nouvelle Angleterre au milieu des années 80; Somerhalder y interprète Paul, un bisexuel au coeur d'un ménage à trois. Mais Ian Somerhalder est mondialement connu pour son rôle de Boone dans la série Lost, créée par J. J. Abrams. Lost a remporté en 2005 l'Emmy de la meilleure série télé, et a été citée en 2004 au Golden Globe ainsi qu'au People's Choice Award. En 2001, Somerhalder a tenu un des premiers rôles dans
La Maison Sur L'Ocean, aux côtés de Hayden Christensen, Kevin Kline et Kristin Scott Thomas. Il a reçu pour ce film le prix Young Hollywood Award du magazine Movieline, ainsi que le prix du Fresh New Face. Au nombre de ses participations, on peut citer
Changing Hearts, avec Lauren Holly et Faye Dunaway et
U-boat : Entre Les Mains De L’ennemi, de Tony Giglio. Somerhalder fait ses débuts sur petit écran dans Young Americans, où il tient un premier rôle. Il a aussi participé à Anatomy of a Hate Crime, aux Experts, puis aux Experts : Miami, New York Police Judiciaire et Smallville. Outre son travail pour la télévision et le cinéma, Somerhalder a incarné la marque Guess. Il a aussi été mannequin pour des marques telles que Versace, Esprit, Persol et Levi Strauss.
En 2006, il est à l’affiche de
Pulse de Jim Sonzero avec Kirsten Bell, le film est le remake d’un film japonais.