1977年，6岁时首次出演江西话剧团舞台剧《甜蜜的事业》，在剧中男扮女装，饰演“梦弟”一角。

1978年，7岁时随父母迁往北京。黄磊先报了上海戏剧学院，但没考上，1990年考入北京电影学院表演系，和王劲松、姜武是同班同学，指导老师是齐士龙 。

1994年，考入北京电影学院表演系研究所，专攻电影表演创作及教学并担任助教。1997年北京电影学院硕士毕业后推掉所有演艺活动留校任教。其所带第一个班是北京电影学院表演系97班，班上学生有海清、黄海波   。

 1990年，出演陈凯歌执导电影《边走边唱》，入围戛纳影展，暂露头角。1992年演出舞台剧《三姐妹》。

1994年，自编自导自演舞台剧《牛虻》。1995年自编自导自演舞台剧《红字》 。

1995年，出演香港电影《夜半歌声》，名气渐涨 。当时风华唱片公司的老板偶然看到这部电影，他认定黄磊可以出唱片，找了黄磊3次才与他正式签约6年 。

1997年，发行第一张音乐专辑《边走边唱》。1998年发行第二张音乐专辑《我想我是海》，同名歌曲《我想我是海》MV的女主角是孙莉 。

1999年，出演电视剧《人间四月天》，饰演徐志摩，为两岸三地观众熟知 。

2000年，主持台北飞碟电台《黄磊时间》节目 。

2000年，导演北京电影学院表演系97级毕业大戏《送冰的人来了》，成功公演 。

2001年，发行第三张音乐专辑《等等等等》。同年与周迅主演电视剧《橘子红了》，饰演容耀辉 。

2002年，出演陈凯歌首部电视剧《吕布与貂蝉》，饰演吕布 。

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《似水年华》 。

2004年，出版个人随笔集《十七楼的幻想》 。同年自编自导自演电视剧《天一生水》 。2005年，自编自导自演电视剧《夜半歌声》 。

2006年，与袁泉、孙莉、何炅、谢娜、喻恩泰合作出演赖声川经典话剧《暗恋桃花源》，在剧中饰演江滨柳 。

2009年，出演老舍经典作品改编的新版电视剧《四世同堂》，饰演祁瑞宣 。2010年，与雷恪生、孙红雷、朱媛媛、秦海璐、辛柏青、陶虹、殷桃等出演田沁鑫执导的话剧《四世同堂》，饰演祁瑞宣 。

2010年，出演赵宝刚电视剧《婚姻保卫战》，饰演许小宁 。

2011年，出演赵宝刚电视剧《男人帮》，饰演罗书全 。

2012年，执导首部电影短片《老男人历险记之“喘不上气”》 。同年出演电视剧《夫妻那些事》，饰演唐鹏 。

2013年，出演电视剧《我爱男闺蜜》，饰演方骏 。

2014年，黄磊携女儿参加湖南卫视热播节目《爸爸去哪儿2》。 同年出演麦兆辉、庄文强执导电影《窃听风云3》，饰演万山。

2014年3月21日， 由黄磊、陈数主演，金牌编剧李潇和金牌导演汪俊联合打造的都市轻喜剧《我爱男闺蜜》于4月4日在安徽卫视欢乐上演。

2014年7月28日，麦兜系列电影《麦兜我和妈妈》公布了新配音阵容，因《爸爸去哪儿》而话题度骤升的黄磊跟女儿多多携手加盟该片。

2015年，与宋佳、李雪健主演的电视剧《嘿，老头！》于3月26日在北京卫视、东方卫视播出。

2016年3月29日，《深夜食堂》中灵魂人物食堂“老板”的扮演者黄磊揭晓，并曝光一组角色定妆照。

2016年4月7日，东方卫视《极限挑战》于4月17日晚9点首播，官方正式公布了黄渤、孙红雷、黄磊、罗志祥、王迅、张艺兴的全阵容海报。同年8月15日，与海清主演的家庭情感剧《小别离》播出，在剧中饰演遭遇女儿的“青春期”的好爸爸方圆。

2017年1月，与何炅、刘宪华参加的生活服务纪实节目《向往的生活》在湖南卫视播出；1月10日，监制并参演电视剧《王子富愁记》。1月15日，客串出演《新大头儿子小大头爸爸》。5月11日，首次其自编、自导、自演的电影处女座《麻烦家族》在全国上映。

2018年1月，参加的综艺《信中国》开播。1月10日，获“2017中华文化人物”奖。1月21日，参加《国家宝藏》。2月16日，参演的喜剧电影《祖宗十九代》上映。4月，参加《极限挑战》第四季。4月11日，名列第12届明星作家榜10位。4月20日，出演的综艺节目《向往的生活》第二季播出。4月25日，参加的综艺节目《拜托了冰箱》第四季开播。5月12日，参加综艺节目《快乐大本营》。5月19日，参加综艺节目《我是大侦探》。

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1995年在读研究生期间，担任助教，与新生孙莉一见钟情。2004年3月8日，与孙莉结束九年爱情长跑登记结婚。2006年2月6日，女儿出生，小名黄多多，大名黄忆慈。2014年在电视剧《我爱男闺蜜》的发布会上，黄磊自曝二女儿已经出生，而且爱妻孙莉已经出月子了   。

2014年6月25日晚，黄磊老婆孙莉在微博晒出黄磊帮女儿多多缝衣服的照片，并调侃称：“慈父手中线！”微博曝光后，网友纷纷点赞，黄磊还获封“全能老爸”。

2015年9月28日，黄磊和孙莉在北京举办“相爱20周年”婚宴，二人穿着婚纱带着多多和二胎女儿一起拍摄全家福，一家人幸福美满。孙红雷等明星也在微博上送出祝福，他在微博上写道：“磊和孙莉结婚二十周年纪念日，祝福你们美好的爱情天长地久。”

2016年2月4日上午，黄磊在微博上晒出小女儿的萌照。黄磊写道：“到达大蓝，今日立春，Mei像一个小春卷，祝福春安！”

2016年3月8日凌晨，黄磊在微博晒出与妻子合照，并隔空呼叫妻子孙莉称：“十二年，一个轮回，结婚纪念日快乐。”照片中，二人坐在海边的长凳上，孙莉将头倚在黄磊肩膀上，十分恩爱。

2016年10月25日晚上，黄磊在微博上晒出一组多多带妹妹弹钢琴的照片。坐在旁边的妹妹认真听姐姐上课，当听到姐姐一喊翻时，妹妹就站上椅子翻谱，超级乖巧。从照片上看，姐妹俩同穿白色同款卫衣，一身姐妹装很有爱。

2017年5月27日早上8点55分，黄磊妻子孙莉产下第三个孩子，是个男孩。

2015年12月23日，作为嘉宾出席了第30届中国电视剧飞天奖典礼。

2017年12月，黄磊以代言人及“首席家长”身份出席“育见未来”的年度战略发布会。

黄磊是一个特别幸运的演员，拍第一部戏就碰到了导演陈凯歌，而且在他的下一部电影《夜半歌声》中演对手戏的张国荣、吴倩莲、黎明等都是著名的港台演员。虽然演的是配角，但是依然很出彩。黄磊说，其实在进表演系之前他就觉得自己会红，但在他看来这只是过眼烟云，因为“一个人会走红，也会走黑”。（中国国际广播电台 评）

黄磊这个名字，在很长一段时间里堪称“文艺男青年”的代名词。他有两个非常文艺范的代表形象，一个是《人间四月天》里的民国浪漫诗人徐志摩，另一个是《我想我是海》MV里长发飘飘的忧郁男歌手——这首歌时不时就在大学校园里响起，诉说着那个为赋新词强说愁的年代（搜狐娱乐评）。

从《人间四月天》里最具荧幕辨识度的“国民小生”徐志摩，到《小别离》中已略微发福的慈父方圆爸爸，黄磊成功地从青春期跑道启航，在一个温和而又不失力量的中年停机坪上着陆。黄磊是一个活得特踏实特自我的男人，虽然在影视剧中颇有喜感，但现实中却是个极其低调的人，甚至跟整个圈子有“隔离感”。

小宋佳曾说过，每个80后文艺女青年心里都曾住着一个黄磊。小宋佳口中的“自我”，于黄磊而言，其实是对整个影视行业的“隔离感”。作为北京电影学院的教授，黄磊主要教授学生艺术理论，表演只是其中一部分。通过表演，他希望带给学生更多的艺术思考。对于在拍戏过程中略微发福，黄磊坦言，作为一枚“吃货”，他喜欢与家人分享美食和快乐。够洒脱、有情怀，没有高大上的标签，仅用简单和质朴便赢得了观众的尊重，这正是现实中黄磊的迷人之处（光明日报评） 。

黄磊作为国内为数不多“挺住”好男人，多才多艺且厨艺惊人。2014年6月带儿女多多参加湖南卫视《爸爸去哪儿》第二季的节目中，黄磊身兼数职，不仅与陆毅演绎了一把“基情四射”的戏码“矿工和他的妻子”，还在节目中修猪圈、秀厨艺，为姐姐Grace揉面做起了“天坑披萨”，让其他明星奶爸佩服不已，也让现场工作人员流足了口水、大饱了口福。