Bakula si è trasferito a New York City nel 1976, dove ha fatto il suo debutto a Broadway interpretando la leggenda del baseball Joe DiMaggio in Marilyn: An American Fable, ed è apparso nella ben accolta produzione Off-Broadway Three Guys Naked from the Waist Down; sarebbe poi apparso nella sua produzione Pasadena Playhouse. Il successo di Three Guys Off-Broadway lo portò all’attenzione, e quando il suo spettacolo successivo, il musical Nightclub Confidential, che vedeva come co-protagonista sua moglie Krista Neumann, si trasferì a Los Angeles, si trasferì lì su sollecitazione del suo agente californiano, Maggie Henderson, e del suo agente di New York, Jerry Hogan. Come Bakula ha ricordato nel 2000:
Ho chiamato e ho detto che ho uno show, sarò lì, uscirò a gennaio. Quindi funzionerà perché è il momento della stagione dei pilot e farò qualcosa in modo che la gente possa venire a vedermi. … E poi, per coincidenza, avevo fatto un film Disney Sunday Night ABC che sarebbe uscito in inverno. Era il momento giusto per andare. Sono venuto qui il giorno di Capodanno del 1986. Lo show che feci fu un grande successo qui. Mi ha portato un sacco di attenzione qui e sono saltato sulla sitcom Designing Women all’inizio e sono stato in grado di fare quel pilota … e le cose sono decollate.
Ha partecipato a due serie di breve durata: Gung Ho e Eisenhower & Lutz. Durante uno sciopero degli scrittori di Hollywood, è tornato a New York per recitare in Romance/Romance, e poi in seguito ha ottenuto il ruolo principale accanto alla co-star Dean Stockwell nella serie televisiva di fantascienza Quantum Leap (1989-1993). Bakula interpretava il viaggiatore del tempo Dr. Sam Beckett, intrappolato da un malfunzionamento della sua macchina del tempo per correggere cose andate storte nel passato. La sua performance nello show gli è valsa un Golden Globe Award (insieme a tre nomination) e quattro nomination agli Emmy Award come miglior attore, oltre a cinque Viewers for Quality Television Awards consecutivi come miglior attore in una serie drammatica di qualità.
Nel 1995, Bakula è apparso sulla copertina di Playgirl. Ha doppiato Danny Cat nel film d’animazione Cats Don’t Dance (1997), cantando in un numero con Natalie Cole. Ha interpretato l’anziano lanciatore veterano Gus Cantrell in Major League: Back to the Minors (1998), il film finale della trilogia della Major League. Ha anche interpretato Jim Olmeyer, il partner dello stesso sesso del Jim Berkley di Sam Robards, nel film American Beauty (1999).
Bakula ha interpretato Jonathan Archer, il capitano della prima nave interstellare a lungo raggio della Terra, in Star Trek: Enterprise dal 2001 al 2005. Nel 2006, ha ripreso il ruolo di Archer per i videogiochi Star Trek: Legacy PC e Xbox 360 come voce fuori campo.
Bakula ha recitato nel musical Shenandoah, un’opera che ha anche fornito il suo primo ruolo teatrale professionale nel 1976, al Ford’s Theatre, nel 2006. Bakula si sente cantare “Pig Island” nel CD per bambini Philadelphia Chickens di Sandra Boynton, che è etichettato come “Per tutte le età tranne 43”. Scott Bakula ha detto che potrebbe recitare nel ruolo di Sam in un film di Quantum Leap, come dichiarato in TV Guide Magazine insieme a Dean Stockwell. Al Comic Con 2010, ha annunciato che si stava lavorando ad una sceneggiatura e che, anche se sarebbe stato nel film, non avrebbe avuto il ruolo principale.
Bakula ha eseguito varie canzoni della sua carriera per una performance di una sola notte intitolata An Evening with Scott Bakula al Sidney Harman Hall il 18 gennaio 2008, come beneficio per il restauro dello storico Ford’s Theater. Bakula ha avuto tre apparizioni nel 2008. È apparso come Atty Jack Ross in un episodio di Boston Legal, “Glow in the Dark”, che è andato in onda il 12 febbraio 2008, sulla rete ABC. Dal 4 marzo al 20 aprile, ha interpretato Tony Hunter nella prima mondiale di Dancing in the Dark al The Old Globe di San Diego, California. Dancing in the Dark è basato sul film The Band Wagon (1953), con Fred Astaire e Cyd Charisse. Bakula è apparso come il personaggio Chris Fulbright nei cinque episodi della serie di sketch comici di Tracey Ullman State of the Union su Showtime.
Bakula ai Saturn Awards, 2012
Bakula è apparso nel film dark comedy The Informant! (2009) nel ruolo di Brian Shepard, un agente dell’FBI che lavora con il protagonista Mark Whitacre, (interpretato da Matt Damon). Nell’aprile 2009, ha iniziato un ruolo ricorrente nella serie televisiva Chuck come Stephen J. Bartowski, il padre a lungo perduto del personaggio eponimo. Dal 31 luglio al 2 agosto 2009, ha interpretato Nathan Detroit in tre spettacoli di Guys and Dolls all’Hollywood Bowl. A partire da dicembre 2009, Bakula ha iniziato ad apparire come Terry, uno dei tre personaggi principali, insieme a Ray Romano (Joe) e Andre Braugher (Owen), nella commedia/dramma di un’ora di TNT Men of a Certain Age.
Nel 2011, Bakula ha eseguito un cameo vocale nel film Source Code come un leggero cenno al suo personaggio in Quantum Leap, con il suo tormentone “Oh, boy.”E’ apparso nel documentario lungometraggio The Captains, scritto e diretto da William Shatner. Bakula viene intervistato dal capitano originale di Star Trek sulla sua vita e la sua carriera fino alla sua interpretazione del capitano Jonathan Archer in Star Trek: Enterprise. Nel film, Shatner intervista Bakula nel suo ranch in California, dove i due vanno a cavallo e discutono delle insidie di una carriera televisiva.
Nel settembre 2011, Bakula ha recitato in Terrible Advice di Saul Rubinek al Menier Chocolate Factory. Tra aprile e maggio 2012, ha recitato come guest star negli ultimi cinque episodi di Desperate Housewives nel ruolo dell’avvocato penalista e terzo marito di Bree Van de Kamp. Nell’aprile 2013, ha fatto un’apparizione come ospite in Two and a Half Men nel ruolo di un rivenditore di auto. Nell’agosto 2013, è stato annunciato che Bakula avrebbe avuto un ruolo ricorrente nella prima stagione della nuova serie della HBO, Looking. È apparso anche nel film Geography Club (2013).
Nel febbraio 2014, Bakula è stato lanciato come protagonista in un backdoor pilot per l’attuale serie spin-off di NCIS, NCIS: New Orleans, che ha iniziato come un episodio in due parti della sua serie madre nella stagione primaverile del 2014. La terza stagione di NCIS: New Orleans ha debuttato il 20 settembre 2016.
Nel 2016 Bakula è apparso come giudice ospite nello show di HGTV Brothers Take New Orleans con i conduttori di Property Brothers Jonathan e Drew Scott.
Ha fatto un’apparizione cameo nell’apertura della stagione 12 di It’s Always Sunny in Philadelphia nel ruolo di se stesso.