1990年黄磊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届中国长春电影节最佳男配角奖。1997年北京电影学院硕士毕业后留校任教 ，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。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。2004年出版个人随笔集《十七楼的幻想》。2006年主演经典话剧《暗恋桃花源》。2009年主演电视剧《四世同堂》。2011年凭借电视剧《婚姻保卫战》获得第1届亚洲彩虹奖最佳男喜剧演员。2013年与赖声川等共同发起乌镇戏剧节，同年领衔主演都市情感剧《我爱男闺蜜》。2015年主演都市情感剧《嘿，老头！》  ，同年参与户外竞技类综艺节目《极限挑战》 。2016年主演电视剧《深夜食堂》。2017年5月11日，首次其自编、自导、自演的电影处女座《麻烦家族》全国上映，同年参加生活服务纪实节目《向往的生活》。

2004年3月8日黄磊与孙莉登记结婚。2006年2月6日女儿黄忆慈出生。2014年黄磊透露二女儿已经出生。