Vogel började vara modell för jeans för det ikoniska Levi Strauss & Company. Han fick därefter en roll i tv-serien Grounded for Life, med en återkommande roll mellan 2001 och 2004.

Hans första filmroll var i skateboard-temat Grind, som släpptes den 15 augusti 2003. Bland filmens medspelare fanns Adam Brody och Jennifer Morrison. Vogels nästa roll var i den tv-skapade remaken av Wuthering Heights, som hade premiär på MTV i september 2003. I filmen spelade Vogel Heath mittemot Erika Christensens Kate. Vogels sista roll 2003 var i remaken av The Texas Chainsaw Massacre, som släpptes i oktober och hade ett högt kassaflöde.

Under 2005, efter att Grounded for Life ställdes in, medverkade Vogel i fyra filmroller. Först spelade han Eric Richman, det romantiska intresset för Blake Livelys karaktär i The Sisterhood of the Traveling Pants, som hade premiär i juni. Hans nästa roll var huvudrollen i lågbudgetfilmen Supercross, som släpptes på bio i augusti. Vogel spelade in sin roll i Havoc, ett mörkt, R-klassat drama med även Anne Hathaway i huvudrollen, under 2003, men filmen släpptes inte förrän i november 2005. Den gick förbi biograferna och släpptes direkt på video. Vogels sista roll 2005 var i Rumor Has It…, med Jennifer Aniston i huvudrollen, där han hade en biroll som son till Kevin Costners karaktär.

Vogels första roll 2006 var i katastroffilmen Poseidon, en nyinspelning av filmen Poseidonäventyret från 1972; han spelar fästman till Emmy Rossums karaktär. Filmen, som hade en budget på 160 miljoner dollar, hade premiär den 12 maj och spelade in 181 674 817 dollar på de internationella biograferna. Vogel erbjöds ursprungligen rollen som Angel i X-Men: The Last Stand, men backade ur för att medverka i Poseidon. Samma år medverkade han i Caffeine, en romantisk komedi, och skrev på för att medverka i en skräckfilm kallad Open Graves som spelades in i Spanien.

År 2007 medverkade Vogel i filmen The Deaths of Ian Stone, en del av skräckfilmsfestivalen 8 Films to Die For. År 2009 medverkade Vogel i neo-noirfilmen Across the Hall och skräckfilmen Open Graves. Han medverkade 2010 i den romantiska komedin She’s Out of My League, Blue Valentine, tv-serien Miami Medical och Heaven’s Rain.

Vogel medverkade 2011 i komedin What’s Your Number? och spelar Johnny Foote i filmatiseringen The Help. Han spelade senast Dean i det kortlivade ABC-dramat Pan Am (baserat på historien om det nedlagda flygbolaget med samma namn).

2013 medverkade han i Howard Goldbergs komedi Jake Squared, där han spelar mot bland andra Elias Koteas, Virginia Madsen och Jane Seymour. Han medverkade även i McCanick och de sex första avsnitten av Bates Motel. Detta var A&E:s samtida prequel-serie till romanen Psycho från 1959.

BuddyTV rankade honom som nummer 96 på sin lista över ”TV’s Sexiest Men of 2011”.

Vogel spelade huvudrollen som Dale ”Barbie” Barbara i CBS:s science fiction-dramaserie Under the Dome, baserad på romanen med samma namn av Stephen King. Serien sändes som en sommarserie på CBS; den pågick i tre säsonger på nätverket och slutade i september 2015.

2014 fick Vogel en roll i Hallmark Hall of Fame’s romantiska tv-film In My Dreams, där han spelade mot bland andra Katharine McPhee och JoBeth Williams. Samma år spelade han i dramathrillern The Boy, som berättar historien om en 9-årig sociopat, som spelades av Jared Breeze.

2015 spelade Vogel huvudrollen i miniserien Childhood’s End, baserad på romanen med samma namn skriven av Arthur C. Clarke.

2017 spelade Vogel huvudrollen i filmatiseringen av Lee Strobels The Case for Christ, där han porträtterade författaren och återigen samarbetade med medspelaren Erika Christensen.

Den 25 september 2017 hade NBC premiär för The Brave, för säsongen 2017-18. Ett litet team av hardcore militära underrättelseagenter från olika grenar av tjänsten väljs ut för speciella, svåra uppdrag. Bland huvudpersonerna finns Vogels karaktär, kapten Adam Dalton, teamets kommunikationschef och en före detta Delta Force-agent. Han rapporterar till karaktären som spelas av seriens huvudrollsinnehavare Anne Heche. Serien lades ner efter en säsong.

I december 2018 meddelades att Vogel kommer att spela huvudrollen i Netflix psykologiska thriller Secret Obsession. Filmen släpptes den 18 juli 2019.

I februari 2019 spelade Vogel huvudrollen som David Roman i ABC:s science fiction-pilotfilm Triangle som skrevs av Jon Feldman och Sonny Postiglione. ABC avstod från projektet i september 2019.

I mars 2020 tillkännagavs det att Vogel skulle spela huvudrollen i en kommande Netflix-serie, Sex/Life.