Seim gikk ut fra Teaterhøgskolen 1996 og startet sin skuespillerkarriere ved Rogaland Teater og Den Nationale Scene, hvor han blant annet spilte hovedrollen som Alex i "A Clockwork Orange" (Kubrick) og som Julian i Ibsens Kejser og Galilæer. I 2000 mottok han Heddaprisen for sin innsats på teaterscenen. I 2001 ble han ansatt ved Nationaltheatret.

Sammen med skuespillerkollegaene Jon Øigarden og Mads Ousdal tok han over det kunstneriske ansvaret for Torshovteatret i 2004, hvor han blant annet hadde en sentral rolle i det kontroversielle skuespillet Orgie av Pier Paolo Pasolini.

Fra 2006 har han vært engasjert som privatetterforskeren Varg Veum i både film- og TV-seriene basert på de populære krimbøkene til Gunnar Staalesen. Den første filmen, "Varg Veum – Bitre blomster", hadde premiere i 2007, og den tolvte og siste filmen om privatetterforskeren, "Kalde hjerter" hadde premiere i mars 2012. Han har også spilt i en rekke andre norske spillefilmer, blant annet "Hawaii, Oslo" (2004) og "deUSYNLIGE" (2008), og landet en birolle i Hollywood-produksjonen "The Thing".