Sau khi tốt nghiệp NIDA năm 1988, Worthington tham gia vở kịch The Judas Kiss của tác giả David Hare cho nhà hát Company B tại nhà hát Thánh Belvoir.

2000–03

Năm 2000, Worthington khởi nghiệp với bộ phim của Australia Bootmen. Anh gây chú ý với vai diễn chính Mitchell Okden. Worthington được đề cử cho hạng mục nam diễn viên chính xuất sắc cho giải thưởng của Viện điện ảnh Australia Australian Film Institute (AFI) nhờ vào diễn xuất của anh. Cũng trong năm đó, anh là khách mời trong các phim truyền hình: JAG, Water Rats và Blue Heelers.

Worthington tiếp tục đóng trong nhiều phim điện ảnh và truyền hình cũng Úc bao gồm các vai diễn chính trong Dirty Deeds (2002) và Gettin' Square (2003). Anh cũng xuất hiện trong phim Hart's War (2002). Dirty Deeds là một phim thành công về mặt thương mại lẫn được giới phê bình đánh giá cao, bộ phim thu về khoảng 5,034,142 đô la Úc tại bảng xếp hạng phim ăn khách tại Australia.

2004–08

Worthington đóng các vai chính trong phim Somersault (2004) và trong một bộ phim làm lại theo hướng hiện đại của Úc Macbeth (2006). Worthington đã nhận được giải thưởng AFI Award danh hiệu Nam diễn viên xuất sắc cho vai diễn trong phim Somersault. Anh cũng rất nổi tiếng tại Úc với vai Howard trong bộ phim truyền hình của Australia Love My Way, trong phim anh đóng vai người tình của nữ nhân vật chính.

Sự nghiệp điện ảnh quốc tế của Worthington bắt đầu với một loạt các vai diễn nhỏ trong các bộ phim Hollywood bao gồm: The Great Raid (2005), được quay tại Australia. Anh cũng thử vai cho vai diễn James Bond trong phim Casino Royale nhưng đã để mất vai diễn vào tay diễn viên Daniel Craig.[5]

2009–đến nay

Trong phim Terminator Salvation, Worthington đóng vai nửa người nửa robot Marcus Wright. Trong thời gian bộ phim Terminator Salvation được phát hành, bộ phim khoa học viễn tưởng Avatar của đạo diễn James Cameron là dự án tiếp theo của Worthington. Trong phim, anh đóng vai Jake Sully, một lính thủy bộ bị liệt cả hai chân của Mỹ, có nhiệm vụ kiểm soát một cơ thể xa lạ gọi là avatar thông qua sự kết nối của bộ não, và nhận ra bản thân mình đang đứng giữa cuộc chiến giữa loài người và chủng tộc người Na'vi trên hành tinh Pandora. Bộ phim khi phát hành đã trở thành bộ phim có doanh thu cao nhất mọi thời đại với tổng số danh thu trên toàn thế giới là 2.730 tỷ đô la Mỹ.[6] Anh cũng đã ký hợp đồng cho 2 phần tiếp theo của Avatar.

Anh cũng được chọn như một trong những người dự thi cuộc thi Who's Who in Australia ấn bản năm 2011.[7]