1990年考入北京电影学院表演系，同年出演陈凯歌执导电影《边走边唱》。1996年凭借电影《夜半歌声》获得第3届中国长春电影节好佳男配角奖。1997年北京电影学院硕士毕业后留校任教[3] ，同年发行第一张音乐专辑《边走边唱》。1999年出演电视剧《人间四月天》，饰演徐志摩[4] 。2001年主演电视剧《橘子红了》。2003年自编自导自演第一部电视剧《似水年华》，并发行同名专辑[5] 。2004年出版个人随笔集《十七楼的幻想》[6] 。2006年主演经典话剧《暗恋桃花源》[7] 。2009年主演电视剧《四世同堂》[8] 。
2011年凭借电视剧《婚姻保卫战》中许小宁一角获得第1届亚洲彩虹奖好佳男喜剧演员[9] 。2013年领衔主演都市情感剧《我爱男闺蜜》[10-11] 。2015年因主演都市情感剧《嘿，老头！》提名第21届上海电视节好佳男主角[12-13] 。
2004年3月8日与孙莉登记结婚[14] 。2006年2月6日女儿黄忆慈出生[15] 。2014年黄磊透露二女儿已经出生。