Hồ Vĩnh Khoa bắt đầu con đường âm nhạc của mình vào giữa năm 2010, trước đó anh từng được biết đến với vai trò người mẫu ảnh, và là gương mặt quảng cáo cho nhiều sản phẩm dành cho giới trẻ. Từng dành ra hai năm để rèn luyện những kĩ năng cần thiết, hình mẫu Hồ Vĩnh Khoa muốn hướng tới là một gương mặt giải trí, trong đó hai lĩnh vực được Khoa tập trung đẩy mạnh là âm nhạc và điện ảnh. Năm 2010 là năm đánh dấu cho hoạt động ca hát của Hồ Vĩnh Khoa , anh cho ra mắt album Hồ Vĩnh Khoa and The Chipmunks, single Mình Anh, và single Bí Mật Muốn Quên. Đi hát được một thời gian ngắn, anh vô tình “lọt vào mắt xanh” của đạo diễn Vũ Ngọc Đãng và thật sự được chú ý khi nhận vai nam chính trong phim điện ảnh Hot Boy Nổi Loạn và Câu Chuyện Về Thằng Cười, Cô Gái Điếm và Con Vịt của đạo diễn tên tuổi này. Dự án khi đó còn nằm trên giấy, nhưng bấy nhiêu cũng đủ làm “bàn đạp” để Hồ Vĩnh Khoa được biết đến, và tự tin hơn trên con đường nghệ thuật của mình. Năm 2011, Hồ Vĩnh Khoa cho ra mắt single Làm Sao Biết và album soundtrack của bộ phim ăn khách Hot Boy Nổi Loạn. Năm 2012, anh cho ra mắt album Lạc Giữa Thiên Đường và Ngày Tháng Không Em. Năm 2013, single Là Ai? của Hồ Vĩnh Khoa làm sốt các bảng xếp hạng âm nhạc trong nước. Năm 2014, anh cho ra mắt single Cùng Sánh Đôi. Với nhiều thành công gặt hái cho sự nghiệp âm nhạc của mình, Hồ Vĩnh Khoa không còn được gọi là “hot boy đi hát” của làng nhạc Việt nữa, thay vào đó là hình ảnh chàng ca sĩ thực thụ với những sản phẩm âm nhạc chất lượng. Năm 2015, Hồ Vĩnh Khoa tung MV nóng bỏng Secret Love đóng cùng bạn gái Huỳnh Anh là Hoàng Oanh và siêu mẫu Minh Triệu.