2010年1月7日，担任男子组合帝国之子（ZE:A）的主唱，随组合发布首张韩语单曲《Nativity》，收录《Love Coach》《MVMazeltov》等3首歌曲   ；3月25日，随组合发行第二张韩语单曲《Leap For Detonation》  ；3月26日，随组合在日本东京举行首场演唱会  ；3月31日，与金素妍、朴施厚等共同出演的爱情轻喜剧《检察官公主》在SBS电视台播出  ；6月4日，在日本横滨举行亚洲巡回演唱会首站  ；12月22日，随组合发行首张日语单曲《Love Letter》  。

2011年3月17日，随组合发行首张正规专辑《Lovability》，收录《Here I am》《Special Day》等12首歌曲  ；7月8日，随组合发行第三张韩语单曲《Exciting》  ；7月12日，出演的音乐剧《狼的诱惑》在首尔Coex Artium现代艺术大厅公演，饰演温柔又有魅力的班海沅  ；8月24日，随组合出席在香港亚洲博览馆举办的《K-pop Boys in Love Live in HK》韩流演唱会  ；同年，与帝国之子全体成员共同出演了日本电影《Ronin Pop》，朴炯植在片中饰演西达的随从金。

2012年1月20日，与金秉万、金镇佑等联合主演的新年特辑电视剧《我记得你》播出  ；3月17日，与金贤珠、金桢勋等共同出演的家庭情感剧《傻瓜妈妈》在SBS电视台开播，他在剧中饰演吴彩琳同父异母的弟弟吴秀贤  ；7月4日，随组合发行第二张正规专辑《Spectacular》，收录《Love is Gone》《后遗症》等12首歌曲  ；8月27日，随组合发行第四张韩语单曲《Phoenix》  ；10月2日，在日本东京举行“ZE:A-episode 2-PHOENIX LIVE TOUR”巡回演唱会首站  。

2013年2月7日，加入帝国之子小分队ZE:A-FIVE  ，并同时发布首支日语单曲《The Classic》  ；3月11日，与李阵郁、赵伦熙联袂主演的悬疑爱情剧《九回时间旅行》在tvN电视台播出，饰演少年时期的朴善宇  ；3月25日，随ZE:A-FIVE发布首张迷你专辑《Voulez-vous》，收录《分手那天》等6首歌曲  ；5月21日，参加的军营体验综艺节目《真正的男人》播出  ，而他凭借该节目的表现获得MBC演艺大赏综艺部门男新人奖；8月9日，随帝国之子发行首张迷你专辑《Illusion》  ；10月9日，与李敏镐、朴信惠等联合主演的青春校园剧《继承者们》在SBS电视台首播，饰演名誉继承者赵明秀  ；12月31日，配音的动画电影《驯龙骑士》上映  。

2014年6月2日，随帝国之子发行第二张迷你专辑《First Homme》，他更为专辑中歌曲《ONE》作曲  ；7月，退出《真正的男人》节目  ；8月16日，与金贤珠，金相庆等联袂主演的家庭情感剧《家族之间何必这样》在KBS电视台首播，饰演血气方刚的青年车达奉  ，朴炯植凭借该剧的表现获得KBS演技大赏男子新人演技赏，并与南智贤共同获得Best Couple赏  ，随后，他还入围了第51届百想艺术大赏最佳新人男演员赏  ；12月29日，朴炯植与金成柱、金成玲联合主持MBC演艺大赏。