Chanyeol là thành viên cuối cùng của EXO được S.M. Entertainment giới thiệu với công chúng thông qua một video teaser được đăng tải vào tháng 2 năm 2012. Nhóm chính thức ra mắt công chúng vào tháng 4 năm 2012 với mini-album đầu tay MAMA. Năm 2013, anh tham gia chương trình truyền hình thực tế Law of the Jungle in Micronesia, đồng thời sáng tác và thể hiện bài hát "Last Hunter" cho chương trình.[2]

Năm 2014, Chanyeol sáng tác lời rap cho bài hát "Run" nằm trong mini-album Overdose của EXO, đồng thời góp mặt trong các mini-album Fantastic của Henry và Rewind của Zhou Mi. Từ tháng 5 đến tháng 9 năm 2014, anh tham gia chương trình truyền hình thực tế Roommate.[3]

Tháng 4 năm 2015, Chanyeol đảm nhận vai diễn đầu tay của mình trong bộ phim điện ảnh Salut d'Amour.[4] Sau đó anh thủ vai nam chính bên cạnh thành viên cùng nhóm D.O. và nữ diễn viên Moon Ga-young trong web-drama EXO Next Door. Tháng 6 năm 2015, anh cùng với hai thành viên cùng nhóm Lay và Chen sáng tác bài hát "Promise" nằm trong album tái bản Love Me Right của EXO.[5] Sau đó anh viết lời rap cho bài hát "Lightsaber" mà EXO phát hành nhằm quảng bá cho bộ phim điện ảnh Star Wars: The Force Awakens.

Năm 2016, Chanyeol sáng tác và trình bày lời rap cho bài hát "Confession" nằm trong mini-album Hme I Am] của Yesung.[6] Anh cũng viết lời cho bài hát "Heaven" nằm trong album phòng thu thứ ba Ex'Act của EXO.[7] Tháng 6 năm 2016, Chanyeol thủ vai nam chính bên cạnh Viên San San và Seohyun trong bộ phim điện ảnh Trung Quốc Tôi và anti-fan kết hôn. Anh cũng đã cùng Viên San San thể hiện bài hát nhạc phim "I Hate You" cho bộ phim.[8] Tháng 10 năm 2016, anh và Tinashe góp mặt trong bài hát "Freal Luv" từ album Identity của Far East Movement.[9] Tháng 12 năm 2016, Chanyeol và nữ ca sĩ Hàn Quốc Punch phát hành bài hát nhạc phim "Stay with Me" cho bộ phim truyền hình Goblin của đài tvN.[10] Bài hát đạt vị trí thứ ba trên bảng xếp hạng Gaon Digital Chart.

Tháng 1 năm 2017, Chanyeol đảm nhận vai phụ Lee Yeol trong bộ phim truyền hình Missing 9 của đài MBC. Tháng 2 năm 2017, anh hợp tác với nam ca sĩ Junggigo trong bài hát "Let Me Love You".[11]

Vào tháng 9 năm 2017, Chanyeol được mời tham dự buổi trình diễn thời trang của Tommy Hilfiger tại London.[12]

Tháng 5 năm 2018, Chanyeol được xác nhận nhận vai phụ Jung Se Joo, trong bộ phim truyền hình Memories of the Alhambra của tvN