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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。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》，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，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。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。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。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。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，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，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》。10月27日，执导的美食探寻节目《野生厨房》在芒果TV播出。12月，《第一财经周刊》与秒针系统联合发布的“2018最具商业价值明星榜”，排名第34位。
2019年，参加综艺节目《快乐大本营》。4月20日，参演的电影《狗眼看人心》上映，在剧中饰演余峰。4月26日，参演的综艺节目《向往的生活》第三季播出。5月12日，参加的综艺节目《极限挑战》第五季在东方卫视播出。7月31日，主演的电视剧《小欢喜》在浙江卫视播出，在剧中饰演方圆。12月6日，凭借《小欢喜》获2020“尖叫之夜”盛典年度人物塑造男艺人奖。
2020年，参加的综艺节目《向往的生活4》定档在湖南卫视播出。7月17日，凭借《小欢喜》获第26届上海电视节白玉兰奖最佳男主角提名、最佳编剧（改编）提名。
小欢喜20222022饰演方圆导演汪俊主演海清、周奇
小敏家2021主演周迅
小欢喜2019-07-31饰演方圆导演汪俊主演海清、周奇、王砚辉、陶虹
新大头儿子和小头爸爸2018-12-01饰演刘总导演英达、熊伟主演陈创、杜沁怡、王浩宇、李建华
王子富愁记2018-1-9导演赖声川主演丁辉
深夜食堂2017-06-11饰演老板导演蔡岳勋主演赵又廷、蒋雪鸣、宋洋
小别离2016-08-15饰演方圆导演汪俊主演海清、张子枫、胡先煦、韩青
嘿，老头！2015-03-26饰演刘海皮导演杨亚洲主演李雪健、宋佳、吴冕
我爱男闺蜜2014-04-04饰演方骏导演汪俊主演陈数、刘芮麟、王晓晨、陈炜
夫妻那些事2012-02-23饰演唐鹏导演汪俊主演陈数、梁静、李明珠
男人帮2011-10-22饰演罗书全导演赵宝刚、王雷主演孙红雷、汪俊、王珞丹
婚姻保卫战2010-08-16饰演许小宁导演赵宝刚主演佟大为、马伊琍、袁立
四世同堂2009-04-28饰演祁瑞宣导演汪俊主演蒋勤勤、赵宝刚、陈昊
家2007-12-05饰演高觉新导演汪俊主演陆毅、黄奕、李小冉
悲伤时唱首歌2007-06-21饰演汪静凡导演胡意涓主演贾静雯、沈晓海、潘虹
月牙儿与阳光2006-05-21饰演谭保罗导演霍庄、徐晓星主演马伊琍、江珊、伊春德
夜半歌声2005-11-18饰演陈天逸导演黄磊主演徐熙媛、何润东、孙莉
醋溜族2005-07-07饰演学长导演江丰宏主演佟大为、范玮琪、苏慧伦
后海前街2004饰演严冰导演许同钧主演马苏、汤唯、王劲松
城市女人心2004饰演李辉导演滕文骥主演何家劲、杨童舒、刘琳
天一生水2004-01-01饰演范叔涵导演黄磊主演马伊琍、耿乐、范冰冰
伴我同行2004饰演林旭导演高志森主演焦媛、李香琴
七日2003-10-01饰演江少威导演管虎、黄磊主演马伊琍、耿乐、池华琼
似水年华2003-07-04饰演文导演黄磊主演刘若英、李心洁、朱旭
橘子红了2002-02-12饰演容耀辉导演李少红主演周迅、归亚蕾、寇世勋
吕布与貂蝉2002饰演吕布导演陈凯歌主演陈红、傅彪、耿乐
人间四月天2000-01-10饰演徐志摩导演曾念平、丁亚明主演周迅、刘若英、伊能静
风雪夜归人1997饰演魏莲生导演吴祖光主演剧雪、刘金山、刘信义
千秋家国梦1997饰演许崇仪导演卢伦常主演赵文瑄、潘虹、李婉华
真爱缘是你1996饰演阿天导演李国立主演恬妞、林熙蕾、潘虹
狗眼看人心2019-04-20饰演余峰导演吴楠主演闫妮、韩童生、崔新琴
捉妖记22018-02-16饰演医师导演许诚毅主演白百何、井柏然、梁朝伟
祖宗十九代2018-02-16饰演出版社老板导演郭德纲主演岳云鹏、林志玲、吴秀波
麻烦家族2017-05-11饰演文远导演黄磊主演王迅、李立群、魏大勋
魔宫魅影2016-04-29饰演黄经理导演叶伟民主演林心如、杨祐宁、任达华
极限挑战2016-01-15饰演黄磊导演任静、严敏主演赵丽颖、罗志祥、张艺兴
爸爸去哪儿22015-02-19饰演黄磊导演谢涤葵主演陆毅、曹格、杨威
加你加年味2015-01-22导演韦正、王小帅、陆川、张扬主演孙俪、李易峰、魏宗万
触不可及2014-09-19饰演回声导演赵宝刚主演徐静蕾、桂纶镁、方中信
窃听风云32014-05-29饰演万山导演麦兆辉、庄文强主演古天乐、吴彦祖、刘青云
三个未婚妈妈2012-10-26饰演于所长导演江平主演苏有朋、车永莉、居文沛
建党伟业2011-06-15饰演曹汝霖导演韩三平、黄建新主演刘烨、冯远征、张嘉译
用心跳2010饰演舞蹈学院老师导演关锦鹏主演司雯、蔡鹏飞、马臣搏
火星宝贝之火星没事2009-11-19饰演罗秉文导演刘仪伟主演刘仪伟、谢娜、关悦
走着瞧2009-05-13饰演马杰（中年）导演李大为主演文章、白静、岳
爱情呼叫转移2：爱情左右2008-11-26饰演高凡导演张建亚主演林雨申、黄晓明、张峻宁
38度2003-09-04饰演赵小天导演刘新主演陶红、刘新、谢雨欣
哥儿们2000饰演小周导演戴泰龙、连锦华主演林强、王劲松、戴泰龙
夜奔2000饰演徐少东导演徐立功主演刘若英、尹昭德、戴立忍
爱情命运号1999-02-13饰演黄乐文导演邱礼涛主演刘德华、石田光、瞿颖
半生缘1997-09-12饰演许叔惠导演许鞍华主演黎明、吴倩莲、梅艳芳
夜半歌声1995-07-22饰演韦青导演于仁泰主演张国荣、吴倩莲、刘琳
霸王别姬1993饰演醉汉导演陈凯歌主演张国荣、巩俐、张丰毅、英达
边走边唱1991-09-08饰演石头导演陈凯歌主演许晴、刘仲元、马羚
2003年07月04日《似水年华》导演、编剧、主演电视剧集
2004年01月01日《天一生水》导演、编剧、主演电视剧集
2005年11月18日《夜半歌声》导演、编剧、主演电视剧集
2011年11月03日《老男人历险记之“喘不上气”》 导演、编剧电影短片
2017年05月11日《麻烦家族》导演、编剧、主演电影
2018年10月27日《野生厨房》导演综艺节目
2007年06月《双面胶》导演：滕华涛主演：海清、涂松岩、潘虹电视剧
2009年04月28日《四世同堂》导演：汪俊主演：黄磊、蒋勤勤、陈昊电视剧
2010年06月16日《黎明之前》导演：刘江主演：吴秀波，林永健，陆剑民电视剧
2014年04月04日《我爱男闺蜜》导演：汪俊主演：黄磊、陈数、陈炜电视剧
2015年02月19日《爸爸去哪儿2大电影》导演：谢涤葵、林妍主演：陆毅，黄磊，杨威电影
2015年07月10日《栀子花开》导演：何炅主演：李易峰、张慧雯电影
2016年07月07日《水中之书》导演：赖声川剧团主演：何炅话剧
2018年01月09日《王子富愁记》 导演：赖声川主演：丁辉网络剧
2019年5月18日《我要和你在一起》 导演：林继东主演：柴碧云、万思维电视剧担任制片
2015年3月26日《嘿，老头！》导演：杨亚洲主演：李雪健、黄磊、宋佳电视剧
2016年08月15日《小别离》 导演：汪俊主演：黄磊、海清、朱媛媛电视剧
2004 第10届中国电影华表奖优秀男演员奖 三十八度 （提名）
1996 第3届中国长春电影节-金鹿奖最佳男配角奖 夜半歌声 （获奖）
2020 第26届上海电视节-白玉兰奖最佳编剧奖 小欢喜 （提名）
2020 第26届上海电视节-白玉兰奖最佳男主角奖 小欢喜 （提名）
2017 第23届上海电视节-白玉兰奖最佳男主角奖 小别离 （提名）
2015 第21届上海电视节-白玉兰奖最佳男主角奖 嘿，老头！ （提名）
2008 第14届上海电视节-白玉兰奖最佳男主角奖 家 （提名）
2019 第15届四川电视节-“金熊猫”国际传播奖最佳男演员奖 小别离 （提名）
2011 第1届亚洲彩虹奖最佳男喜剧演员奖 婚姻保卫战 （获奖）
1999 第7届中国电影表演艺术学会金凤凰奖学会奖 半生缘 （获奖）
2019 第26届华鼎奖中国百强电视剧最佳男主角奖 小欢喜 （提名）
2011 BQ红人榜“年度风尚艺术红人” （获奖）
2010 腾讯星光大典年度电视男演员（内地）（获奖）
2008 BQ红人榜获“年度甜蜜情侣” 与爱妻孙莉 （获奖）
1999 中央人民广播电台年度音乐最具潜质奖 （获奖）
1998 全国音乐电视大赛最佳新人奖 （获奖）
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。
