حسینی در سال ۱۳۷۹ با سریال پس از باران پا به عرصه بازیگری گذاشت. وی در سال ۱۳۸۰ در سریال پلیس جوان و در سال ۱۳۸۲ در سریال تب سرد به ایفای نقش پرداخت. وی در سال ۱۳۸۵ در سریال مدار صفر درجه در نقش حبیب پارسا به ایفای نقش پرداخت و این سریال دوره اوج وی در تلویزیون بود. مدار صفر درجه ساخته حسن فتحی محصول مشترک کشورهای ایران، مجارستان، فرانسه و لبنان است. حسینی در سال ۱۳۸۸ در نقش عباس بابایی در سریال شوق پرواز ظاهر شد و این سریال نیز به موفقیت در نزد مخاطبین دست یافت. شهرزاد در سال ۱۳۹۳ اولین کار رسانه خانگی و دومین همکاری او با حسن فتحی است. شهاب حسینی در شهرزاد در کاراکتر قباد بازی میکند.