2004年5月28日，深圳电视台第八套节目改为深圳卫视开始试播。6月28日，正式面向全国播出。

2005年，深圳卫视推出了一系列电视活动，如《纵横四海》——“骑士号”帆船远征欧洲特别节目、“记忆——深圳二十五周年”系列报道、“梅艳芳菲——电视剧选秀暨香港十大明星超级模仿大赛”决赛全球直播、“中华锦绣—56个民族庆祝国庆56周年晚会”、“中国服装流行趋势发布” 等。

2006年开始，集团广播、电视节目的收视份额持续攀升，集团电视节目市场份额超过香港以及境外所有在深圳落地16个电视频道市场份额的总和。同年，深圳卫视举办的首届中国功夫之星全球电视大赛取得成功。4月20日，深圳卫视落地广州。

2007年6月29日20:00——7月1日22:00，深圳卫视推出庆祝香港回归十周年50小时大直播特别节目。

2008年4月30日，深圳卫视联合香港有线合作打造奥运倒计时资讯服务节目《奥运路路通》。5月16日，随着5·12汶川地震的发生，现场直播“抗震救灾 深圳有爱募捐晚会”。7月3日，推出暑期特别编排，播出一系列动画片、情景喜剧、青春偶像、都市情感剧和古装武侠剧。7月6日，推出音乐类游戏节目《好歌最流行》。

2009年7月1日，深圳卫视（62频道）登陆上海，也成为地级电视台中的第一例。8月20日晚，与东方卫视、江苏卫视、浙江卫视、湖南卫视举办了“跨越海峡的爱心”赈灾晚会。9月28日，开始高标清同播正式启动，高清频道电视画面为16:9。

2010年12月，香港亚洲电视开始通过数码17频道全天转播深圳卫视（国际版），覆盖香港全境。除此之外，香港电讯盈科旗下的now tv也通过540频道播出该频道国际版。

2011年12月31日，“2011~2012深圳卫视跨年音乐季”启动。

2012年7月，深圳卫视新浪官方微博粉丝突破185万，网络人气排名在全国卫视排名前八。7月9日，推出日播生活节目《天天养生》。7月19日，推出音乐类综艺节目《the sing-off清唱团》。

2013年3月1日，深圳卫视改版，推出4档节目，节目板块全面调整。推出了《男左女右》、《夜问》、《关键洞察力》、《大旅行家》等节目。4月16日，深圳卫视举办“金钟奖——中国音超”启动，并于9月开始播出。10月，联合土豆网启动“青春的选择2013年度盛典”。

2014年，深圳卫视节目集群化，增加两档常态周播节目，分别是引进自英国模式的科技生活类节目《盖技秀》（又名《一键启动》）和李湘主持的生活服务类节目《辣妈学院》。12月，该频道与南方都市报社等共同主办的“责任中国2014公益盛典”颁奖礼举行。

2015年9月，深圳卫视携手韩国kbs共同打造跨国类明星体育竞技节目《中韩梦之队》，该节目于9月19日播出。11月15日，开播美食节目《宅人食堂》。12月20日，由于12·20深圳山体滑坡事件的发生，逢整点推出滑坡灾害特别报道。12月31日，由得到app创始人罗振宇主讲跨年演讲《时间的朋友》在该频道现场直播。

2016年1月13日，深圳卫视都市人快乐减压竞技游戏节目《疯狂的丛林》开拍。4月2日，由于亚视免费电视牌照届满，深圳卫视（国际版）于该日停播亚视版。5月21日，推出航海体验纪实类节目《极速寻航》。7月2日，新闻纪录片《共赢海上丝路》在深圳卫视首播。8月14日，互动创投节目《一块投吧》在深圳卫视开播。

2017年，深圳卫视依托与深圳城市气质相符合的深圳卫视品牌dna“创、进、乐、尚”，全新升级“新闻“、“特色品牌综艺”、“双创”、“知识ip”、“时尚”五大系列节目带，实现节目类型、题材、形式、资源上的全面创新。11月11日，与北京卫视、浙江卫视并机直播“双十一狂欢夜”晚会。

2018年9月中旬，推出原创文博推理秀节目《诗意中国》。10月9日，推出“燧石星火·深圳遇见未来”超级盛典。10月22日晚，庆祝改革开放40周年综艺晚会“追梦——改革开放再出发”在该频道和央视综艺频道首播。12月7日，标清频道的画幅正式改为16:9格式播出，但是其台标、角标、跑马以及转播央视《新闻联播》仍是4:3格式。

2019年1月5日，推出原创旅行微综艺《极速环游记》。1月11日，频道标清台标改为16:9格式。2月6日，推出《拥抱春天——2019深圳春节联欢晚会》，该晚会为央视春晚深圳分会场完整版。2月19日，首届哔哩哔哩年度up主颁奖典礼播出。2月24日，人文纪录片《奇妙的民居》开播。6月7日，推出团体齐舞竞演节目《起舞吧！齐舞》。12月22日，推出音乐舞台剧式《寻梦欢乐谷-超级发布会》。

2020年1月3日晚21:00，频道播出“今夜星空灿烂——致敬深圳文艺名家”晚会。1月24日，与得到app、爱奇艺联合推出《2020知识春晚》，从除夕下午14:30到大年初一00:30十小时连续直播。2月10日，频道特别策划医务人员亲身视角直击抗“疫”一线vlog《我的白大褂·抗疫日记》。6月28日，大小屏电视融合新应用“深视频”正式上线，这是展现粤港澳大湾区与社会主义先行示范区先锋气质的一次创新探索和有益尝试。9月30日起，国家广电总局直播卫星集成播出平台新增传输“深圳卫视”高清频道。10月15日，与中央广播电视总台央视综合频道、综艺频道、深圳娱乐频道、fm97·1音乐广播、fm94·2生活广播等同步播出“逐梦先行——庆祝深圳经济特区建立40周年文艺晚会”。11月，频道启动4k超高清频道建设，积极探索布局“4k/8k+5g+ar/vr”，探索广电5g频道新样态，以大屏小屏互动、由线性频道向非线性频道转型发展。

2021年2月5日，深圳卫视标清频道角标、报时器、跑马改成16:9格式，转播中央电视台《新闻联播》改成高清版。深圳卫视播出电视信号正式由标清播控中心切换到高清播控中心。

2022年6月17日，国家广播电视总局发布了《国家广播电视总局关于进一步加快推进高清超高清电视发展的意见》（广电发〔2022〕37号）。该意见明确指出，自2023年1月1日起，各高清频道播出屏幕上将不再标注“高清”字样 。

2023年8月25日，《“深圳故事”共创交流会暨深圳卫视焕新计划》举行；8月26日，深圳卫视改版，并推出《大湾区玩家》《你好，来了！》《窗外那片红树林》等节目。

2024年6月28日，深圳卫视正式上星播出二十周年，深圳卫视即将启动全面改版升级。

2025年6月28日，深圳卫视4k超高清频道正式开播，这是全国首个全链路应用 hdr vivid（菁彩影像）技术标准的 4k 超高清直播频道，至此 hdr vivid 已完成广电、ott、iptv 全面覆盖，标志着 hdr 标准进入规模化应用新阶段。