Vogel comenzó a modelar vaqueros para la emblemática compañía Levi Strauss &. Posteriormente fue contratado para la serie de televisión Grounded for Life, apareciendo en un papel recurrente entre 2001 y 2004.

Su primer papel en el cine fue en la película sobre skateboarding Grind, que se estrenó el 15 de agosto de 2003. Entre los coprotagonistas de la película estaban Adam Brody y Jennifer Morrison. El siguiente papel de Vogel fue en el remake para televisión de Cumbres borrascosas, que se estrenó en la MTV en septiembre de 2003. En la película, Vogel interpretó a Heath frente a la Kate de Erika Christensen. El último papel de Vogel en 2003 fue en el remake de La matanza de Texas, que se estrenó en octubre y tuvo un alto rendimiento en taquilla.

En 2005, tras la cancelación de Grounded for Life, Vogel apareció en cuatro papeles cinematográficos. Primero, interpretó a Eric Richman, el interés romántico del personaje de Blake Lively en The Sisterhood of the Traveling Pants, que se estrenó en junio. Su siguiente papel fue el protagonista de la película de bajo presupuesto Supercross, que se estrenó en agosto. Vogel rodó su papel en Havoc, un drama oscuro con calificación R también protagonizado por Anne Hathaway, en 2003, pero la película no se estrenó hasta noviembre de 2005. No se estrenó en los cines, sino directamente en vídeo. El último papel de Vogel en 2005 fue en Rumor Has It…, protagonizada por Jennifer Aniston, en la que tenía un papel secundario como el hijo del personaje de Kevin Costner.

El primer papel de 2006 de Vogel fue en la película de catástrofes Poseidón, un remake de la película de 1972 La aventura del Poseidón; interpreta al prometido del personaje de Emmy Rossum. La película, que tuvo un presupuesto de 160 millones de dólares, se estrenó el 12 de mayo y recaudó 181.674.817 dólares en la taquilla internacional. A Vogel se le ofreció originalmente el papel de Ángel en X-Men: The Last Stand, pero se echó atrás para aparecer en Poseidón. Ese mismo año, apareció en Caffeine, una comedia romántica, y firmó para aparecer en una película de terror llamada Open Graves, rodada en España.

En 2007, Vogel apareció en la película The Deaths of Ian Stone, parte del festival de cine de terror 8 Films to Die For. En 2009, Vogel protagonizó la película neo-noir Across the Hall y la película de terror Open Graves. Participó en la película de comedia romántica de 2010 She’s Out of My League, Blue Valentine, la serie de televisión Miami Medical y Heaven’s Rain.

Vogel participó en la película de comedia de 2011 What’s Your Number? e interpreta a Johnny Foote en la adaptación cinematográfica The Help. Recientemente interpretó a Dean en el drama de corta duración de la ABC Pan Am (basado en la historia de la desaparecida aerolínea del mismo nombre).

En 2013, participó en la comedia de Howard Goldberg Jake Squared, donde se enfrenta, entre otros, a Elias Koteas, Virginia Madsen y Jane Seymour. También apareció en McCanick, y en los seis primeros episodios de Bates Motel. Esta fue la serie contemporánea de A&E de la novela Psicosis de 1959.

BuddyTV lo clasificó como el número 96 en su lista de «Los hombres más sexys de la televisión de 2011».

Vogel protagonizó el papel de Dale «Barbie» Barbara en la serie dramática de ciencia ficción de la CBS Under the Dome, basada en la novela homónima de Stephen King. El programa se emitió como una serie de verano en la CBS; duró tres temporadas en la cadena, terminando en septiembre de 2015.

En 2014, Vogel recibió un papel en la película romántica para televisión de Hallmark Hall of Fame In My Dreams, en la que actuó junto a, entre otras, Katharine McPhee y JoBeth Williams. Ese mismo año actuó en el thriller dramático The Boy, que cuenta la historia de un sociópata de 9 años, que fue interpretado por Jared Breeze.

En 2015, Vogel protagonizó la miniserie Childhood’s End, basada en la novela del mismo nombre escrita por Arthur C. Clarke.

En 2017, Vogel protagonizó la adaptación cinematográfica de El caso de Cristo, de Lee Strobel, interpretando al autor y formando equipo de nuevo con la coprotagonista Erika Christensen.

El 25 de septiembre de 2017, la NBC estrenó The Brave, para la temporada 2017-18. Un pequeño equipo de duros agentes de inteligencia militar de diversas ramas del servicio es seleccionado para misiones especiales y difíciles. Entre los protagonistas está el personaje de Vogel, el capitán Adam Dalton, director de comunicaciones del equipo y antiguo agente de las Fuerzas Delta. Está a las órdenes del personaje interpretado por la protagonista de la serie, Anne Heche. La serie fue cancelada tras una temporada.

En diciembre de 2018, se anunció que Vogel protagonizaría el thriller psicológico de Netflix Obsesión secreta. La película se estrenó el 18 de julio de 2019.

En febrero de 2019, Vogel interpretó el papel principal de David Roman en el piloto de ciencia ficción de ABC, Triangle, que fue escrito por Jon Feldman y Sonny Postiglione. ABC pasó del proyecto en septiembre de 2019.

En marzo de 2020, se anunció que Vogel protagonizaría una próxima serie de Netflix, Sex/Life.