Kostja Ullmann ha aparecido en más de 50 largos y trabajos televisivos desde 1996, y se ha convertido en uno de los actores alemanes más famosos de su generación.
Se subió por primera vez a un escenario en el Ernst-Deutsch-Theatre de Hamburgo a la tierna edad de once años y debutó en televisión a los doce. Ha aparecido en series y películas conocidas y en producciones importantes en televisión, como The Miracle of Berlin (director: Roland Suso Richter) y El tesoro de Troya (director: Dror Zahavi).
El debut de Kostja Ullmann en la gran pantalla fue en 2004 en Tormenta de verano, de Marco Kreuzpaintner, historiade los comienzos de los componentes de un grupo de remo en Baviera.
En 2006, recibió el Premio de Televisión Günter Strack por su actuación en Secret Love (director: Franziska Buch). Recibió un New Faces en 2007 al Mejor Actor Revelación por su papel en el largometraje Punish Me (director: Angelina Maccarone), que ganó el Golden Leopard en el Festival de Cine de Locarno en 2006.
Ullmann volvió al escenario en la primavera de 2010 para representar en el Ernst-Deutsch-Theatre de Hamburgo el papel protagonista en SCORCHED, obra sobre una familia y su agonía en una guerra civil. El periódico "Die Welt" reseñó el estreno con las siguientes palabras "Como Simon, la estrella de la pequeña y gran pantalla Kostja Ullmann es el descubrimiento de la noche; es un actor de teatro espectacular". La revista "GQ" lo nombró "El hombre del año" de 2007.
A esos, le siguieron papeles protagonistas en largometrajes, como la exitosa comedia de March Rothermund de 2009, Single by Contract, y Coming In, de Marco Kreuzpaintner. También ha aparecido en la adaptación de Felix Fuchssteiner de la exitosa trilogía compuesta por Ruby, la última viajera del tiempo, La última viajera del tiempo: Zafiro, y La última viajera del tiempo: Esmeralda, en las que interpreta al Conde James que, aunque está muerto, se le aparece a la joven Gwendolyn. También estuvo en el reparto internacional de la adaptación de la novela Un mundo sin fin, de Ken Follett, que se rodó en Budapest en 2011. Bajo la dirección de Michael Canton, ha trabajado frente a la cámara junto a estrellas internacionales tales como Cynthia Nixon y Miranda Richardson. Anteriormente, trabajó junto a Jacob Matschenz en Grossstadtklein, de 2012, film en el que ambos interpretaron a dos buenos amigos, justo como en Cita a ciegas con la vida.
Ullmann volvió a subirse a los escenarios del Ernst-Deutsch-Theater de Hamburgo en marzo y abril de 2014 como protagonista masculino del estreno en Alemania de THE EFFECT, obra del joven dramaturgo Lucy Prebble.
También apareció junto a Anna Maria Mühe en el docudrama Junges Deutschland, de la ARD, que da un vistazo a la cultura juvenil desde la tumultuosa época de principios del siglo XX hasta hoy en día.
En 2015, los cinéfilos se deleitaron con la interpretación de Kostja Ullmann junto a Kida Khodr Ramadan y Eko Fresh en la comedia de choque cultural 3 Türken und ein Baby, de Sinan Akkus. En 2016, interpretó a Leo Schmackes en Bibi & Tina: Mädchen gegen Jungs, de Detlev Buck, junto a Charly Hübner, Katharina Thalbach, y Max von der Groeben. Aparecerá en la gran pantalla en abril de 2017 en Happy Burnout, de André Erkau, junto a Wotan Wilke Möhring y Anke Engelke.