Em 2006, estrelou "Pick Me Up" da série de terror antológica Masters of Horror. Desde 2021, atua regularmente na série de suspense dramático Yellowjackets como Jeff Sadecki.
Em 2004, fez um teste de elenco e conseguiu um pequeno papel no filme A Love Song for Bobby Long. Seu teste foi enviado para várias agências de talentos, o que lhe permitiu chamar a atenção para mais trabalhos. Kole teve vários papéis como convidado em programas de TV, começando por Third Watch naquele mesmo ano.
Em 2005, conseguiu o papel de Robert Wheeler, um jovem pioneiro na minissérie de faroeste Into the West, produzida por Steven Spielberg e DreamWorks Pictures. Também foi quando decidiu alterar o seu nome artístico para Warren Kole por considerar "Blosjo" difícil das pessoas pronunciarem ou se lembrarem. Em consenso com sua família, escolheu "Kole" por ser um antigo nome da família (seu avô era um mineiro de carvão) e por fazer lembrar o nome de sua irmã, Nicole.
Em 2012, interpretou Addley Koffin, um dos vilões do filme independente de suspense Mother's Day. No mesmo ano, fez uma pequena participação no filme de super-herói sucesso de bilheteria da Marvel, The Avengers.
Ainda em 2012, apareceu em seu primeiro papel principal na televisão, interpretando o detetive de homicídios Wesley "Wes" Mitchell na série de comédia criminal da USA, Common Law. Antes de Common Law, ele teve papéis recorrentes nas séries da FOX: 24, Mental e The Chicago Code.
