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白百何从小生活在山东青岛，1990年开始在青岛文登路小学上学，能唱能跳、自编自演，一直都是班上的文艺骨干。1996年，12岁的她来到北京舞蹈学院附中上学。2000年，张艺谋导演来到学校为电影《幸福时光》征选演员，试镜后白百何虽未被选上，但其颇有趣味的即兴发挥给导演留下了不错的印象，临行时张艺谋建议她去考取中央戏剧学院或北京电影学院，这让原本要报考北京舞蹈学院的她改变了主意。白百何被关锦鹏导演相中并成为关锦鹏签约的仅一女艺人。2002年9月，白百何最终考上了中央戏剧学院，就读于2002级本科表演系音乐剧班。
2006年，白百何与佟大为、陈羽凡合作主演了个人的处女作《与青春有关的日子》，她在剧中饰演热心助人的乔乔。
2007年，与贾一平、马伊琍合作主演的都市情感剧《幸福在哪里》播出，她在剧中饰演心地善良的甘露。
2009年，在赵宝刚执导的青春励志剧《我的青春谁做主》中饰演网络小说家雷蕾。
2010年，与朱雨辰合作的家庭生活电视剧《说谎的爱人》首播，白百何在剧中饰演多才多艺的女主角董楠，并配唱主题曲《擦肩而过》。
2011年，主演由赵天宇执导的都市爱情电影《万有引力》上映，她在片中饰演机场安检员石晓琳；5月27日，在都市家庭剧《家的N次方》首度挑战出演反面角色，饰演性格功利现实、野心勃勃的赵雯；11月8日，与文章搭档的治愈系爱情电影《失恋33天》上映，该片上映4天票房破亿，首周票房达到1.89亿元，最后总票房以3.5亿元人民币收官，成为中国年度票房市场冠军，而白百何则凭借在片中饰演清新脱俗的女主角黄小仙获得第31届大众电影百花奖最佳女主角，同时还提名第49届台湾电影金马奖最佳女主角和第15届中国电影华表奖优秀女演员及第12届华语电影传媒大奖观众票选最受瞩目女演员。
2012年，参加2012年度春节联欢晚会，与胡海泉一家、陈羽凡演唱《小拜年》；同年6月，在都市职场情感剧《浮沉》中饰演职场销售菜鸟乔莉，并为该剧配唱主题曲《浮沉》，随后提名第19届上海电视节白玉兰奖最佳女演员奖；11月27日，在当代都市情感剧《离婚前规则》中饰演爱情至上的女主角蒋新瑶。同年，参加2012年春节联欢晚会，
2013年，与彭于晏合作主演的爱情电影《分手合约》上映，她在片中饰演餐具设计师何俏俏，该片最终收获1.9亿票房；8月29日，主演的爱情电影《被偷走的那五年》全国公映，该片在中国内地票房超1.5亿，香港票房1800万，台湾票房8800多万新台币，白百何则凭借片中饰演的女主角何蔓入围第十六届上海国际电影节最佳女演员；12月19日，与葛优、李小璐合作主演的喜剧电影《私人订制》上映，该片最终收获的票房超7亿人民币，成为年度贺岁档票房冠军，而白百何凭借在片中饰演的情境设计师小白这一角色提名第12届华鼎奖最佳女主角。
2014年，由其领衔主演的都市爱情喜剧电影《整容日记》首映，她在片中饰演女屌丝郭晶，该片最终以8400万人民币的票房收官。
2015年，与陆毅搭档主演的青春励志情感剧《长大》首播，白百何在剧中饰演倔强坚强的实习医生叶春萌；6月，成立白百何工作室；7月16日，其主演的古装奇幻电影《捉妖记》上映，她在片中饰演捉妖天师霍小岚，并凭借此角色获得第13届中国长春电影节最佳女主角奖，并提名第31届中国电影金鸡奖最佳女主角，该片上映首日票房1.73亿，刷新华语片首日和单日票房记录，最终以近24.4亿票房收官，创造了内地影史电影票房纪录和内地影史观影人次纪录；8月13日，与吴彦祖合作主演根据同名漫画改编的励志喜剧片《滚蛋吧！肿瘤君》，该片上映后取得5.1亿的票房成绩，白百何在片中饰演身患癌症但依然乐观的女生熊顿，她则凭借该角色获得第7届中国电影导演协会年度女演员奖、第23届北京大学生电影节最佳女演员奖及第16届中国电影华表奖优秀女演员奖；8月19日，在爱情电影《恋爱中的城市》第五个单元佛罗伦萨篇中饰演计划型强势小白领嫣然；暑假档连续三部主演的电影上映，使白百何成为华语电影史上首位推出个人电影观影套票的女演员；11月13日，由其特别出演的由周迅监制的都市爱情电影《陪安东尼度过漫长岁月》上映，她在片中饰演录音师小樱；12月31日，白百何以本年度主演电影30.64亿元的票房成绩登顶中国年度电影票房排行榜榜首，成为年度主演电影票房排行第一的首位女演员。
2016年，由其参与中文配音的动画电影《功夫熊猫3》在中国大陆和北美地区上映，她在片中为动画角色悍娇虎配音；1月29日，白百何作为常驻队长加盟原创室内竞技真人秀节目《王牌对王牌第一季》，因在首期节目排练中脚部受伤，坚持到第四期后退出节目；4月1日，主演的剧情电影《火锅英雄》上映，她凭借在片中饰演安分守己的银行职员于小惠获得第八届澳大利亚国际华语电影节最佳女演员，该片在中国内地以约3.7亿票房收官；6月25日，作为补位歌手参加明星跨界音乐真人秀节目《跨界歌王》；7月24日，为丁丁张小说《永无止尽的约会》的概念预告片配音；9月22日，出席第20届北京放映闭幕式，获得中国电影国际传播突出贡献人物奖；9月29日，特约出演的爱情电影《从你的全世界路过》上映，她在片中饰演爽朗真诚充满正义感的女警荔枝，该片上映第27天累计票房破8亿，刷新国产爱情电影票房新纪录；10月15日，奇幻电影《捉妖记2》正式开机，白百何在片中饰演女主角霍小岚。
2017年，以出品人和电台主持人身份上线《何她说》有声节目，探讨女性话题，该节目上线仅一天收听量破亿；28日，由其领衔主演都市情感剧《南方有乔木》开机拍摄，她在剧中饰演红二代无人机设计师南乔；3月31日，动作警匪片《绑架者》上映，白百何在片中饰演重案组的警员林薇；4月17日，与靳东合作主演的都市医疗行业励志剧《外科风云》首播，她在剧中饰演耿直可爱乐观坚强的胸外科医生陆晨曦。9月1日，进组拍摄由李少红执导严歌苓同名小说改编的电影《妈阁是座城》，白百何片中出演女主角梅晓鸥。11月26日，出席第三届中国电影新力量论坛。
2018年，其主演的电影《捉妖记2》入围第68届柏林国际电影节特别展映单元，该电影定档2月16日大年初一上映，中国内地票房22.36亿元。2月14日，参加浙江卫视小年夜春晚。2月18日，白百何携其主演的电影《捉妖记2》亮相第68届柏林国际电影节首映礼，并接受路透社、美联社、BBC、英国电影杂志等媒体采访。3月25日，由白百何领衔主演的《南方有乔木》登录浙江卫视、江苏卫视双台黄金档首播。6月17日，白百何作为首届上合组织国家电影节推广大使亮相颁奖典礼并演唱歌曲《海洋》。7月15日，白百何携其主演的电影《滚蛋吧肿瘤君》随国家电影局出访阿布扎比，该电影为阿布扎比2018中国电影周开幕影片。7月22日，白百何作为第四届“成龙国际动作电影周”评委之一亮相颁奖典礼。10月5日，白百何携其特别出演的新电影《八个女人一台戏》亮相韩国第23届釜山电影节开幕式，该电影作为该届釜山国际电影节GalaPresentation“大师单元”影片在釜山进行全球首次展映，白百何片中颠覆饰演富家千金傅砂，无论造型还是角色均有极大突破，戏中她以短发中性扮相出镜。10月17日，由白百何担任出品并主播的有声音频节目《何她说》第二季正式上线。12月29日，中国电影家协会第十次全国代表大会闭幕，白百何当选中国电影家协会第十届理事。
2019年，白百何作为“百合杯”首位“百合大使”亮相央视电影频道“2018年度电影频道百合杯表彰典礼”。1月24日，白百何主演的新电影《情圣2》上映。5月7日，由环球百老汇出品、美国百老汇托尼奖最佳导演JohnRando导演的《李宗盛作品音乐剧》官宣白百何为女主角“暖暖”，该次跨界出演音乐剧女主角是白百何个人以素人身份通过层层面试获得并且她还演唱了该音乐剧的推广曲《我是一只小小鸟》，该音乐剧从11月份开始在全球范围内进行巡演。5月10日，白百何以项目发起人的身份出席“2019爱奇艺世界大会电影论坛”，并联合李宗盛和爱奇艺打造“超级音乐IP影像制造计划”，该计划将面向大众征集李宗盛四首脍炙人口的音乐作品进行故事创作，衍生出四部网络超级电影以及一部院线大电影，同时白百何也以导演和监制和演员的多重身份跨界参与其中。6月14日，由李少红执导白百何领衔主演的电影《妈阁是座城》上映，白百何片中饰演主人公——“女叠码仔梅晓鸥”，并凭借该电影提名第32届中国电影金鸡奖最佳女主角奖。8月30日，白百何荣获2019全球华语歌曲排行榜“年度全能女艺人”奖。10月26日，白百何以“代班召集人”的全新身份亮相北京卫视大型明星跨界音乐节目《跨界歌王》，并演唱《纸飞机》、《消失》和《Darling》等曲目。12月31日，与张子枫、魏大勋合作主演的电影《亲爱的新年好》上映，在片中饰演白树瑾。
2020年，其出演的犯罪庭审题材电影《检察风云》正式开机；11月10日，由赵薇发起的国内首部女性独白剧《听见她说》官宣阵容，白百何与郝蕾、齐溪、王智、奚美娟、杨紫、咏梅、杨幂分别加入8集单元剧演出。
亲爱的新年好2019-12-31饰演白树瑾导演彭宥纶主演张子枫、魏大勋
妈阁是座城2019-06-14饰演梅晓鸥导演李少红主演吴刚、黄觉
情圣22019-01-24饰演田心导演宋晓飞、董旭主演肖央、吴秀波
八个女人一台戏2019饰演傅砂（特别出演）导演关锦鹏主演郑秀文、赵雅芝
捉妖记22018-02-16饰演霍小岚导演许诚毅主演井柏然、梁朝伟、李宇春
绑架者2017-03-31饰演林薇导演徐静蕾、杨翌舒主演黄立行、明道、李淳
从你的全世界路过2016-09-29饰演荔枝（特约出演）导演张一白主演邓超、杨洋、岳云鹏
火锅英雄2016-04-01饰演于小惠导演杨庆主演陈坤、秦昊、喻恩泰
陪安东尼度过漫长岁月2015-11-13饰演小樱（特别出演）导演秦小珍主演刘畅、唐艺昕、白举纲
恋爱中的城市2015-08-20饰演嫣然（单元女主角）导演冀佳彤主演阮经天
滚蛋吧！肿瘤君2015-08-13饰演熊顿导演韩延主演吴彦祖、刘莉莉、李建义
捉妖记2015-07-16饰演霍小岚导演许诚毅主演井柏然、姜武、钟汉良
整容日记2014-04-04饰演郭晶导演林爱华主演郑中基、张瑶、郭京飞
私人订制2013-12-19饰演小白导演冯小刚主演葛优、李小璐、郑恺
被偷走的那五年2013-08-29饰演何蔓导演黄真真主演张孝全、范玮琪、安心亚
分手合约2013-04-12饰演何俏俏导演吴基桓主演彭于晏、吴佩慈、蒋劲夫
第一次2012-06-08饰演摇滚女歌手（友情客串）导演韩延主演赵又廷、杨颖、江珊
失恋33天2011-11-08饰演黄小仙导演滕华涛主演文章、张嘉译、张子萱
万有引力2011-04-08饰演石晓琳（单元女主角）导演赵天宇主演文章
检察风云2020
导演麦兆辉主演黄景瑜
南方有乔木2018-03-25饰演南乔导演林妍主演陈伟霆
外科风云2017-04-17饰演陆晨曦导演李雪主演靳东、刘奕君、李佳航
长大2015-01-29饰演叶春萌导演林妍主演陆毅、江疏影、赵子琪
我们这拨人2013-11-01饰演乔乔导演刘心刚主演夏雨、宋佳、廖凡
失恋33天2013-08-14饰演观影夫妻（友情客串）导演刘恺主演文章、姚笛、张默
大兵小将2013-06-29饰演纱曼导演吴耀权主演小沈阳、徐璐、姚笛
离婚前规则2012-11-27饰演蒋新瑶导演刘家成主演贾乃亮、郑恺、高露
浮沉2012-06-30饰演乔莉导演滕华涛主演张嘉译、王耀庆、王志飞
家的n次方2011-03-11饰演赵雯导演王迎主演宋丹丹、朱雨辰、任重
说谎的爱人2010-06-17饰演董楠导演赵晨阳主演朱雨辰、车晓、王千源
我的青春谁做主2009-04-12饰演雷蕾导演赵宝刚主演林园、赵子琪、陆毅
幸福在哪里2007-09-21饰演甘露导演王雷主演马伊琍、贾一平、张博
与青春有关的日子2006-03-27饰演乔乔导演叶京主演陈羽凡、佟大为、齐襄
2020-8-24第11届中国电影导演协会2019年度表彰大会获年度女演员奖妈阁是座城（提名）
2019-10第32届中国电影金鸡奖最佳女主角奖妈阁是座城（提名）
2017-08第31届中国电影金鸡奖最佳女主角奖捉妖记（提名）
2019-08-302019全球华语歌曲排行榜“年度全能女艺人”奖（获奖）
2016-012015微博之夜“年度电影新力量女演员”（获奖）
2015-122015搜狐时尚盛典颁奖礼获“年度影视女明星”奖（获奖）
2015-12凤凰娱乐“向上·人生2015年度人物”（获奖）
2015-122015年《综艺》年度人物-最具商业价值演员（获奖）
2015-12《2015腾讯娱乐白皮书》发布会荣获“年度电影之星”捉妖记（获奖）
2015-12尖叫2016爱奇艺之夜“年度最佳电影演员”（获奖）
2015-112015网易时尚年度跨界盛典“年度最具影响力女明星”（获奖）
2018-07第3届金砖国家电影节最佳女配角奖从你的全世界路过（获奖）
2016-11第8届澳大利亚国际华语电影节最佳女主角奖火锅英雄（获奖）
2016-09第3届丝绸之路国际电影节对外传播突出贡献奖（获奖）
2016-03第28届香港专业电影摄影师学会最具魅力女演员奖（获奖）
2013-10第5届英国万像国际华语电影节最佳女主角奖分手合约（提名）
2012-11第7届华语青年影像论坛年度新锐女演员奖失恋33天（获奖）
2016-10第13届中国长春电影节-金鹿奖最佳女主角奖捉妖记（获奖）
2016-09第33届大众电影百花奖最佳女主角奖捉妖记（提名）
2012-09第31届大众电影百花奖最佳女主角奖失恋33天（获奖）
2016-09第20届华鼎奖中国最佳女主角奖滚蛋吧！肿瘤君（提名）
2016-04第19届华鼎奖中国百强电视剧最佳女主角奖长大（提名）
2014-06第12届华鼎奖中国最佳女主角奖私人订制（提名）
2016-06第16届中国电影华表奖优秀女演员奖滚蛋吧！肿瘤君（获奖）
2013-12第15届中国电影华表奖优秀女演员奖失恋33天（提名）
2016-05第23届北京大学生电影节最佳女演员奖滚蛋吧！肿瘤君（获奖）
2015-12第12届广州大学生电影节最受欢迎女演员奖捉妖记（获奖）
2012-04第19届北京大学生电影节最佳女演员奖失恋33天（提名）
2016-04第6届北京国际电影节-天坛奖最佳女主角奖滚蛋吧！肿瘤君（提名）
2013-06第16届上海国际电影节-金爵奖最佳女演员奖被偷走的那五年（提名）
2016-04第7届中国电影导演协会年度女演员奖滚蛋吧！肿瘤君（获奖）
2012-04第3届中国电影导演协会年度女演员奖失恋33天（提名）
2016-04第16届华语电影传媒大奖最佳女主角奖滚蛋吧！肿瘤君（提名）
2012-05第12届华语电影传媒大奖观众票选最受瞩目女演员奖失恋33天（提名）
2013-06第19届上海电视节-白玉兰奖最佳女演员奖浮沉（提名）
2012-11第49届台湾电影金马奖最佳女主角奖失恋33天（提名）
虽然她是国内女演员中的四十亿票房担当，也以乐观向上的“小妞电影”被观众所熟知喜爱，而在原创真人秀《王牌对王牌》录制首期就意外脚趾受伤，让乐天派的小白有些受打击，但她还是坚持带伤上阵，圈内好友更是称赞她敬业，在录制现场从来没看到她叫过苦，即使每期几十个小时的连续录制，她也坚持到最后从不早退（搜狐网评）。
《失恋33天》之后，她被观众封为“治愈系女王”；《分手合约》之后，她奠定了自己的小妞电影票房地位；在很多圈内的同龄人削尖脑袋寻求突破转型却始终找不到突破口时，白百何默默地以不同的姿态和身份出现于同一种类型的影片中。几年的时间里，她看似无心实则以张弛有度的节奏，完成了以任性少女失恋后的成长为基调的《失恋33天》、以成熟女性对爱情的坚守为基调的《分手合约》以及以成年女人对待爱情失败的自省与重塑为基调的《被偷走的那五年》三部电影，悄然完成了以“治愈系”为标签的三部曲（新浪网评）。
性格大大咧咧的白百何身上有一种嘎嘣脆的喜感，她的演艺路数跟很多女明星都不同，2011年凭借票房黑马《失恋33天》横空出世，2013年又凭借《私人订制》、《被偷走的那五年》和《分手合约》三部电影全面展示自己的表演才华（半岛都市报评）。
如今的她，从一个全职太太走向独立职业女性。从一个好演员，认真诠释好每一个角色，到一个好老板，有自己的事业，并且有能力照顾好身边的人，她每到一地工作，都会根据工作人员的喜好带回礼物。有独立的人格和思考，可以定义自己的幸福，这，就是一个当代新女性的缩影（网易网评）。
