En 2003, il déménage à Los Angeles et signe un contrat d'écriture avec le producteur Michael Lynn. Il écrit des chansons pour divers artistes avant d'avoir sa propre chance en 2004 avec son premier groupe Elektra Records, The Hooligans.
Leur premier album intitulé "Do It Well" est sorti en 2006 et le single "Just the Way You Are" a connu un certain succès.
En 2010, il signe avec Atlantic Records et sort son deuxième album solo intitulé "Doo-Wops & Hooligans". L'album est une réussite critique et commerciale avec des singles tels que "Grenade" et "The Lazy Song" qui ont atteint la première place du Billboard Hot 100.
En 2012, Bruno Mars a rejoint Timberlake pour l'Américan Express Unstaged concert et a sorti son troisième album intitulé "Unorthodox Jukebox". L'album a été également très bien accueilli par la critique et les fans avec des singles tels que "Locked Out of Heaven" et "When I Was Your Man", qui ont tous deux atteint la première place du Billboard Hot 100.
En 2014, il participe à l'édition de Super Bowl XLVIII en tant qu'artiste invité pour le spectacle de mi-temps. En 2017, il remporte huit prix Grammy dont celui de l'album de l'année et de la chanson de l'année avec son album "24K Magic" et le single "That's What I Like".
Bruno Mars est également connu pour avoir collaboré avec des artistes comme Mark Ronson, Travis Scott ou encore Cardi B. En 2019, il a fait une apparition sur la chanson "Blow" de Ed Sheeran et Chris Stapleton.
En 2020, Bruno Mars annonce un nouveau single intitulé "Leave the Door Open", qui est sorti le 5 mars 2021. Il fait également partie du groupe Silk Sonic avec Anderson .Paak. Leur premier single "Leave The Door Open" a été numéro 1 des charts américains Billboard Hot 100.