Trước khi ra mắt

Năm 2010, Châu Thâm bắt đầu hát online trên mạng xã hội video YY.com của Trung Quốc, sử dụng nickname Kabure (卡布叻).

Tham gia Giọng hát hay Trung Quốc

Năm 2014, anh tham gia Giọng hát hay Trung Quốc (en) mùa 3. Anh được tất cả các huấn luyện viên khen ngợi trong vòng giấu mặt khi hát lại ca khúc Nụ cười (欢颜) của Tề Dự (齐豫). Ca khúc Bên hồ Baikal (贝加尔湖畔) do Châu Thâm và Lý Duy (李维) biểu diễn trong cuộc thi cũng giành được giải thưởng Ca khúc của năm 2014 của chương trình Giọng hát hay Trung Quốc. Cùng năm đó, anh tham gia vào chuyến lưu diễn của chương trình Giọng hát hay.

Năm 2015, Châu Thâm tham gia chương trình Gala năm mới của Đài truyền hình Bắc Kinh (phát sóng vào Đêm giao thừa) và ủng hộ việc giành được quyền đăng cai Olympic Mùa Đông tại Bắc Kinh với ca khúc Let it go bằng nhiều thứ tiếng. Anh cũng tham gia vào chuyến lưu diễn quốc tế biểu diễn nghệ thuật “Văn hóa Trung Quốc, Lễ hội mùa xuân”. Vào tháng 5, anh cùng Lý Duy đại diện cho Giọng hát hay Trung Quốc đến Luân Đôn để tham dự The Voice UK (en). Tháng 7, anh cùng Lý Duy ra mắt album Dư vị. Sau đó, Châu Thâm phát hành single đầu tay Hoa hồng và nai nhỏ, và đạt giải Nghệ sĩ mới của Giải Đông Phương Phong Vân Bảng.

Trở nên nổi tiếng

Tháng 5 năm 2016, Châu Thâm hát ca khúc Đại ngư cho bộ phim hoạt hình Trung Quốc Đại ngư hải đường, và ca khúc Lâm An sơ vũ (临安初雨) cho trò chơi online Water Margin Q (水浒Q传). Cả Đại ngư lẫn Hoa hồng và nai nhỏ đều được bầu chọn vào top 10 ca khúc của giải thưởng Đông Phương phong vân bảng năm 2016. Vào tháng 10, anh trình diễn nhiều ca khúc trong chương trình âm nhạc Ca vương giấu mặt (Masked singer) và đã gây ấn tượng với rất nhiều khán giả. Anh cũng giành giải Nam ca sĩ trên mạng được yêu thích của giải thưởng Music Pioneer Award năm 2016.

Album đầu tay

Năm 2017, Châu Thâm hát ca khúc Tiếng vọng cho bộ phim truyền hình Đây khoảng sao trời kia khoảng biển. Ca khúc Đại ngư của anh nằm trong top 10 ca khúc của năm và giúp anh giành giải Nam ca sĩ được yêu thích nhất của Giải Đông Phương Phong Vân Bảng 2017. Tháng 6, anh hát ca khúc Tình nồng đạm như nàng (浓情淡如你) cho bộ phim Tú Xuân Đao 2: Chiến trường Tu La và Bất thuyết thoại (不说话) cho phim hoạt hình Đại hộ pháp. Châu Thâm cũng hát ca khúc kết phim Từng qua biển lớn (曾经沧海) cho phim truyền hình Đây khoảng sao trời kia khoảng biển 2. Album đầu tay của anh, Chiều sâu của Thâm (hay Sâu trong Thâm - 深的深) được phát hành vào tháng 11.

Tour lưu diễn đầu tiên

Năm 2018, Châu Thâm hát ca khúc quảng bá cho The Shape of Water (Người đẹp và thủy quái) - bộ phim đoạt giải Oscar cho phim xuất sắc nhất năm 2017 - nhân dịp nó ra rạp tại thị trường Trung Quốc. Anh cũng giành giải thưởng Ca sĩ vượt bậc của năm của Giải Đông Phương Phong Vân Bảng 2018. Anh đã tổ chức chuỗi concert cá nhân đầu tiên tại Thượng Hải, Vũ Hán và Thành Đô, lấy tên Không gian của Thâm (Thâm không gian). Sau đó anh phát hành Vô quan (无关) - ca khúc quảng bá cho bộ phim Mạc hậu ngoạn gia. Châu Thâm giành giải Most Popular Karaoke MV của China Music Awards và Best New Artist của Global Chinese Music Chart Awards. Ca khúc Chiếc dù màu xanh (蓝色降落伞) của anh cũng nằm trong danh sách những bài hát hay nhất năm 2018. Tháng 11, anh biểu diễn một số ca khúc cổ điển như Time to say goodbye, Memory, Think of me, The Lonely Goatherd trong chương trình âm nhạc Thanh nhập nhân tâm (Super Vocal) của đài Hồ Nam và nhận được rất nhiều lời khen từ các vị chuyên gia và khán giả. Anh cũng xuất hiện một lần nữa trong chương trình Ca vương giấu mặt mùa thứ 3 và trình diễn kỹ thuật Bel Canto điêu luyện của mình. Châu Thâm đã để lại dấu ấn đậm nét trong lòng khán giả nhờ những màn trình diễn tuyệt vời đó trong chương trình.

Tour lưu diễn thứ hai

Năm 2019, Châu Thâm hát ca khúc Theo gió (随风) cho bộ phim Đồ cổ: bẫy trong bẫy (古董: 局中局). Tháng 1, thầy Liêu Xương Vĩnh cùng MXH36 (các thành viên trong Thanh nhập nhân tâm) cho ra mắt ca khúc Không nói lời tạm biệt (不说再见). Tháng 3, Châu Thâm phát hành ca khúc Đời này chỉ có người (此生惟你), nhạc phim Tân Ỷ Thiên Đồ Long ký. Anh cũng nhận được giải Nghệ sĩ đột phá của năm và ca khúc Hoa nở nằm trong top 10 ca khúc của năm của Giải Đông Phương Phong Vân Bảng 2019. Anh bắt đầu chuyến lưu diễn thứ hai tại Bắc Kinh vào tháng 1, sau đó là Thâm Quyến và Hàng Châu vào tháng 6 và tháng 7. Bên cạnh đó, anh cũng tổ chức một miniconcert mang tên Thâm thì Thâm khắc vào ngày 28/3. Vào tháng 4, anh cùng các thành viên trong Thanh Nhập Nhân Tâm 2018 tham gia các buổi concert lưu diễn Thanh Nhập Nhân Tâm và Không nói tạm biệt. Anh tổ chức một buổi concert chung với Hoàng Linh (黄龄) mang tên Thâm Linh kỳ cảnh (深龄其境) vào ngày 18/5. Ngày 25/5, Châu Thâm tham gia concert Theo đuổi hạnh phúc (The Pursuit of Happiness) của Victor Wong tại Bắc Kinh với vai trò khách mời đặc biệt.

Vào ngày 6/6, anh được mời đến dự buổi lễ trao giải Youth Awards lần thứ 17. Anh nhận được giải thưởng Campus Popularity Award for Performing Artist tại CNR Radio Top Music Awards ngày 8/6. Vào ngày 12/6, Châu Thâm cùng với các nghệ sĩ Tề Dự, Hoàng Hồng Anh và Roy Li Fei Huei tham gia buổi hòa nhạc từ thiện Nanyang Khek Community Gift of Warmth 2019, một buổi hòa nhạc từ thiện tại Singapore, để thể hiện mối quan tâm dành cho những người mắc chứng tự kỷ. Trong buổi hòa nhạc này, anh đã hát 7 ca khúc của chính mình, một ca khúc Hakka, When Hakkas Meet in Singapore và song ca với Tề Dự bài hát tiếng Anh Mother of Mine.

Tháng 10/2019, Châu Thâm lọt vào danh sách 30 người dưới 30 tuổi có sức ảnh hưởng lớn nhất của Forbes Trung Quốc năm 2019 trong lĩnh vực âm nhạc. Vào ngày 1/11 và 2/11, anh tham gia concert Trần Tình Lệnh ở Nam Kinh và biểu diễn ca khúc Hoang thành độ (荒城渡). Tháng 11/2019, anh chiến thắng giải thưởng của Giải Âm nhạc châu Âu MTV, hạng mục Nghệ sĩ Trung Quốc xuất sắc nhất. Anh đã tổ chức chuyến lưu diễn mới nhất của mình với tên gọi Tinh cầu C929 tại Bắc Kinh, Nam Kinh, Tô Châu, Thành Đô và Thượng Hải từ tháng 11 đến tháng 12/2019.

Năm 2020, anh kết hợp biểu diễn cùng ca sĩ Lý Khắc Cần (李克勤) trong show âm nhạc Bài hát của chúng ta (我们的歌) của kênh Đông Phương vệ thị, cùng nhau giành được chức quán quân. Anh cũng xuất hiện trong chương trình truyền hình thực tế trải nghiệm văn hóa Trường Thành phi thường (了不起的长城) của đài Bắc Kinh và tham gia Ca sĩ - Đương đả chi niên (歌手·当打之年) của đài Hồ Nam vệ thị. Vòng lưu diễn thứ hai của Tinh cầu C929 sẽ tổ chức ở Vũ Hán, Quý Dương, Thanh Đảo, Hợp Phì và Bắc Kinh.