Billy Magnussen debutó en la pantalla grande en la cinta Happy Tears (2009). En el 2008 fue elegido para interpretar el papel de Casey Hughes en la serie As the world turns, papel que realizó hasta el 2010. Destacan sus actuaciones en series como The leftovers, The divide, The people x. O.J. Simpson: American Crime Story y The unbreakable Kimmy Schmidt. También fue parte del elenco principal en la series Maniac y Tell me a story. En 2014 interpretó al Principe de Rapunzel en el musical En el bosque, y desde entonces ha participado en películas exitosas como La gran apuesta (2015), Puente de espías (2018) y Noche de juegos (2018). Magnussen tiene un papel en la película del director Dan Gilroy, Velvet Buzzsaw (2019) y es el Principe Anders en la adaptacion live- action de Disney, Aladdin (2019). También se confirmó su participación en la cinta precuela de la exitosa serie de Los Soprano, The many saints of Newark.