Năm 1962 ông đi dạy học ở Cúc Phương, sau đấy ông nhập ngũ và là học sinh khóa I - Khoa kịch nói (1964-1967) của Trường Nghệ thuật Quân đội. Ra trường, ông xung phong vào Đoàn Văn công giải phóng Trị - Thiên - Huế. Năm 1971, ông tham gia Đoàn kịch Tổng cục Chính trị với những vở kịch nổi tiếng như: Đại đội trưởng của tôi, Chị Nhàn, Đêm và ngày.[2] Năm 1974, Trần Vịnh được rút khỏi chiến trường, điều động về làm Phó Đoàn kịch nói Tổng cục Chính trị.[4]

Đầu thập niên 1980 khi được đạo diễn Long Vân mời tham gia đóng phim “Cho cả ngày mai” cùng 2 diễn viên lừng danh: Trà Giang và Lâm Tới. Năm 1988[1], ông được đạo diễn NSND Huy Thành mời đóng vai chính tên Lũy trong phim “Về nơi gió cát”.Sau đó, Trần Vịnh tham gia tới hơn 30 vai lớn nhỏ của điện ảnh suốt thập niên 80, 90, trở thành gương mặt nổi tiếng một thời.[2]

Ông từng tham gia đóng trên 50 bộ phim nhựa, sau đó chuyển sang vai trò đạo diễn với bộ phim điện ảnh "Bến nước" do Hãng phim truyện Việt Nam đặt hàng. Sau thành công của "Bến nước", ông được giao làm bộ phim 3 tập "Lời khẩn cầu" liên quan tới vấn nạn "video đen" thời điểm đó. Nhưng khi hoàn tất, bộ phim không qua được khâu kiểm duyệt, ông không chấp nhận cắt xén bộ phim và chủ động rời khỏi biên chế.[1] Sau đó ông tự đầu tự sản xuất, ông đi khắp cả nước thuê biên kịch, tài trợ họ việc đi lại thực tế để viết kịch bản. Sau khi có kịch bản, ông tiếp tục thuê nhân lực và vật lực, từ đây các bộ phim độc lập của ông ra đời.[1]

Tính đến 2021, ông đã làm phim cho 40 tỉnh, thành trong cả nước; sản xuất khoảng 70 bộ phim về chiến tranh, với gần 40 giải thưởng chuyên ngành điện ảnh và giải thưởng của Bộ Quốc phòng.[4]

Năm 2011, ông được nhà nước phong tặng danh hiệu Nghệ sĩ Ưu tú.

Năm 2014, NSƯT Trần Vịnh vinh dự được Tổng cục Chính trị Quân đội nhân dân Việt Nam phong tặng danh hiệu: "Người làm phim chiến tranh nhiều nhất Việt Nam!"[1]

Ông cũng đã tặng rất nhiều bộ phim mà mình tham gia cho các tỉnh, thành phố trong nước.[5][6]