Desde que se graduó en 2002, ha actuado en más de 30 obras a nivel regional y fuera de Broadway. Ahora vive en Venice, California. También hizo un papel muy secundario en un capítulo de la serie de comedia How I Met Your Mother, junto a su perro, Boss. Protagonizó en The Class en CBS entre 2006 y 2007. En marzo de 2010, Bernthal obtuvo el papel de Shane en The Walking Dead, la adaptación para televisión del cómic del mismo nombre, la cual dirije Frank Darabont. En 2013 hizo un papel secundario en la película El lobo de Wall Street. En 2014, trabajó en la exitosa cinta Fury, haciendo otro papel secundario. También obtuvo el papel de Frank Castle/The Punisher en la segunda temporada de la exitosa serie de Netflix Daredevil, estrenada el 18 de marzo de 2016. El 17 de noviembre de 2017 se estrenó, también en Netflix, la serie centrada sobre su personaje, The Punisher, la cual se compone de 2 temporadas con 13 episodios cada una.