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于小彤出生于辽宁省大连市，小时候由于身体不好，父母为了让他强身健体，起初决定让他去学习武术，但又觉得学武术很苦，便选择让他去学舞蹈。于小彤11岁时，考入了北京舞蹈学院附属中等舞蹈学校，并开始学习芭蕾舞。
2007年，参演由陈凯歌执导，黎明、章子怡、孙红雷领衔主演的传记电影《梅兰芳》，在片中饰演少年时期的男主角梅兰芳，这是他的首部电影作品，从而正式进入演艺圈，该片于2008年12月4日在中国内地上映，而他在片尾演员表中的名字则是“余晓彤”。
2008年，与蒋梦婕、杨洋、李沁、王龙华领衔主演由李少红执导的古装剧《红楼梦》，在剧中饰演少年时期的男主角贾宝玉，这是他的首部电视剧作品，该剧于2010年9月2日首播，他则凭借该剧获得了“大戏看北京”电视剧嘉年华最佳新人奖、第6届首尔国际电视剧大赏最具人气奖、第5届腾讯星光大典电视剧最具潜力新人奖。
2010年，参加安徽卫视“爱传万家欢乐嘉年华”跨年晚会，并与高洋合唱了歌曲《归去来》。
2011年，参加湖南卫视明星舞蹈竞技节目《舞动奇迹第三季》的比赛，与刘美含组成“天地组合”，最终在9进8晋级赛中被淘汰；同年，参加安徽卫视明星跨界真人秀节目《天声王牌第二季》的比赛，最终获得总决赛7强、最具潜力奖；之后，与归亚蕾、何琳、谢君豪联袂主演年代传奇剧《娘心计》，在剧中饰演贪玩、任性的贺家大少爷贺铭生。
2012年，录制了首支个人单曲《十七岁》；8月，参加“唱响中国”明星红歌演唱会，并演唱了《多好啊》、《北京祝福你》等歌曲；10月，参加北京卫视“电视剧辉煌30年颁奖晚会”，并演唱了《等你爱我》、《走过花季》等歌曲。
2013年，其出演的都市情感剧《劝和小组》首播，在剧中饰演面临高考的高三学生张大川；9月28日，其参演的都市情感偶像剧《胜女的代价2》播出，在剧中饰演康杰的朋友李大飞。
2014年，作为固定嘉宾参加北京卫视军事真人秀节目《星兵报到》的录制；同年，与崔始源、阚清子领衔主演都市励志情感剧《亿万继承人》，在剧中饰演岳喜旺同父异母的弟弟樊宇轩；10月29日，首次以模特的身份出席中国国际时装周，并完成了自己的T台首秀；12月，参加中央电视台跨年晚会，并与蒋梦婕合唱了歌曲《校园的早晨》。
2015年，参加浙江卫视音乐养成类励志真人秀节目《青春练习生》的录制；同年，与南圭丽搭档主演都市爱情网络剧《SWAN他的秘密》，在剧中担纲男主角，饰演医术高超的整形医师刘贝奇；随后，作为固定嘉宾参加四川卫视历史体验真人秀节目《咱们穿越吧》的录制；9月，参加北京卫视音乐推理互动节目《歌手是谁》的录制；10月，参加东方卫视明星跨界时尚真人秀节目《女神新装》的录制。
2016年，与张翰、曾志伟、张雅玫联袂主演悬疑推理网络剧《十宗罪》，在剧中饰演心思缜密又细腻、过目不忘又对细节格外注重的特案组组员包斩；同年，作为常驻嘉宾参加腾讯视频明星互动真人秀节目《放开我北鼻》的录制；12月，作为表演嘉宾参加安徽卫视国剧盛典，并演唱了薛之谦的《演员》。
2017年，与何润东、张馨予、朱一龙联合主演古装悬疑情感剧《花谢花飞花满天》，在剧中饰演直爽仗义、少年气十足的花家三公子花飞扬；7月，参加东方卫视明星旅游体验综艺节目《旅途的花样》的录制；同年，参加咪咕视频健身类互动节目《Battle！好身材》的录制；10月26日，与陈思诚、张国强、袁泉合作主演的冒险剧《碧海雄心》在山东卫视首播，在剧中饰演性格热情开朗且多才多艺的救捞员丁超。
2018年，主演的电影《迷妹“罗”曼史》上映；11月，参加腾讯视频体育竞技节目《超新星全运会》。
2019年，参加湖南卫视观察类真人秀节目《我家那小子第二季》；同年参加腾讯中国首档角色竞演真人秀《演员请就位》，获得李少红、陈凯歌导演的好评；10月12日，参加青春体娱跨界类型节目《超新星全运会第二季》，获得男子射箭冠军。
2020年，主演的电视剧《长相守》在优酷、爱奇艺和腾讯视频播出；7月，参与腾讯视频明星竞技体育赛事第三届《超新星运动会》。
长相守2020-05-15饰演原非白导演吴锦源主演关智斌，毛晓慧，楷旋
木槿花西月锦绣2019饰演原非白导演吴锦源主演毛晓慧
生活对我下手了22019饰演于小彤导演乌日娜，李亚飞主演辣目洋子，常远
花谢花飞花满天2017-12-04饰演花飞扬导演赖水清主演何润东，张馨予，朱一龙
碧海雄心2017-10-26饰演丁超导演陈健，姜国民主演陈思诚，张国强，王媛可
SWAN他的秘密2017-03-03饰演刘贝奇导演李奎植主演南圭丽
十宗罪2016-07-27饰演包斩导演李东勋主演张翰
亿万继承人2015饰演樊宇轩导演吴尚元，李少红主演崔始源，阚清子，洪秀儿
胜女的代价22013-09-28饰演李大飞导演张博昱主演张翰，郑爽，乔任梁
劝和小组2013-02-15饰演张大川导演于荣光主演于荣光，潘虹，归亚蕾
娘心计2012-09-15饰演贺铭生导演曾念平主演何琳，归亚蕾，谢君豪
红楼梦2010-06-24饰演贾宝玉导演李少红主演蒋梦婕，王龙华，姚笛
妈阁是座城2019-06-14导演李少红主演白百何
迷妹“罗”曼史2018-05-11导演李少红主演闫妮
空中俏佳人2017-05-01饰演神秘巫师（客串）导演朱江主演袁新
A测试之爱情大冒险2016-12-30饰演高飞导演马俪文主演海陆，薛之谦，南笙
仙班校园2016-02-06饰演二郎神导演吴樾主演吴樾
消失的凶手2015-11-27饰演令晨（客串）导演罗志良主演刘青云
功夫侠2013-07-19饰演客串导演陈凯歌，宁瀛，袁祥仁主演蒋梦婕，陈虎，林申
梅兰芳2008-12-05饰演梅兰芳（少年时期）导演陈凯歌主演黎明，章子怡，余少群
2011-08-31第6届首尔国际电视剧大赏最具人气奖《红楼梦》（获奖）
2010-12-29第5届腾讯星光大典电视剧最具潜力新人奖《红楼梦》（获奖）
2010-12-23“大戏看北京”电视剧嘉年华最佳新人奖《红楼梦》（获奖）
2019-12-03第三届“123轻松筹公益盛典”2019年度公益新锐人物奖（获奖）
于小彤的相貌与众不同，尤其是眉眼，很像清代孙温的画里走出来的古代少年。于小彤的五官有一种童稚之气，那是一种简单又有古典韵味的活力，其清秀的外表下有一种独立于外的气质。在电视剧《红楼梦》中，于小彤所塑造的贾宝玉眼神纯净，举手投足之间有一种柔而不媚、纯而不娇的不凡气质，这也与曹雪芹笔下对贾宝玉的描写十分吻合（李少红、叶锦添、新浪评）。
于小彤是一个演技与颜值并存的演员，他身上洋溢着青春美少年的气息。在电视剧《娘心计》中，于小彤把铭生对爱情的占有欲表现得非常真实。在电视剧《亿万继承人》中，于小彤扮演起集团接班人来颇有风范，且霸气十足。换上笔挺的西服，打上领带，身形高挑的于小彤显得风度翩翩，俨然一股总裁范儿。此外，于小彤不仅有着精湛的演唱功底，而且在《旅途的花样》节目中，还用其充满活力的表现为节目增添了不少元气（网易、腾讯、凤凰网评）。
