Został obsadzony w roli Antona w duńsko-szwedzkiem dramacie Susanne Bier W lepszym świecie (2010), uhonorowanym Oscarem i Złotym Globem dla najlepszego filmu nieanglojęzycznego. W dramacie sensacyjnym W interesie narodu (Hamilton: I nationens intresse, 2012) wg powieści Jana Guillou zagrał postać szwedzkiego agenta wywiadu Carla Hamiltona.
W ekranizacyjnej trylogii powieści J.R.R. Tolkiena Hobbit, czyli tam i z powrotem wcielił się w postać Beorna. Zagrał w drugiej i trzeciej części produkcji.
W 2014 na scenie Maxim Theatre w Sztokholmie wystąpił w przedstawieniu Augusta Strindberga Taniec śmierci i w 2016 zagrał tytułowego Makbeta.
W kwietniu 2014 został skazany na pięć miesięcy więzienia za zakup 12 gramów kokainy po tym, jak jego numer został odkryty w telefonie dealera narkotyków. Jego adwokat zaprzeczył zarzutom, twierdząc, że osoba trzecia musiała użyć telefonu Persbrandta.
Nagrody i nominacje Rok Nagroda Kategoria Film Rezultat 2000 Złoty Żuk (Szwedzki Instytut Filmowy) Najlepszy aktorDödlig drift (1999) Nominacja 2003Alla älskar Alice (2002) Nominacja 2005Ingmar Bergman Award – Wygrana 2006 Złoty Żuk Najlepszy aktorBang Bang Orangutang (2005) Nominacja 2009Uwiecznione