现在在北京电影学院任教职的黄磊，出身戏剧世家，父母亲都是舞台剧演员，所以他从小就是生活在戏剧中，耳濡目染。1977年六岁演出生平第一出舞台剧《甜蜜的事业》，在剧中男扮女装，饰演“梦弟”一角。
高中时代的黄磊，其实是对数理化比较有兴趣，但是父亲却希望他能子承父业，同样从事表演工作，于是他就被迫选了文组，也就此踏上了表演这条路。真正走进这行后，黄磊发现自己有这方面的天分，也有极浓厚的兴趣；因此，他非常感谢当时父亲坚持他走表演这行，让他现在从事着可以使他得到很大乐趣的工作。1990年拍摄陈凯歌导演的《边走边唱》，出任男主角“石头”；同年考进北京电影学院表演系。1991年《边走边唱》一片入围戛纳影展。
1995年2月，出演于仁泰导演的《新夜半歌声》。1996年凭借《新夜半歌声》一片获香港电影金像奖最佳新人奖、长春电影节最佳男配角并荣获金鹿杯。1998年出演许鞍华导演的电影《半生缘》，担任男配角“许叔惠”；出演《爱情命运号》；11月接拍《紫蝴蝶》。
1999年与台湾演员刘若英、尹昭德合作电影《夜奔》；与台湾歌手林强合作电影《哥们儿》。2003年与陶红一道主演喜剧电影《38℃》。2004年主演管虎导演的《七日》，同年，出演由老舍先生中篇小说《月牙儿》改编的《月牙儿与阳光》，扮演一个好色的警察厅长。
2005年，自编自导自演电视剧《夜半歌声》，该剧讲述了20世纪30年代，话剧演员宋丹萍和好友陈天逸与童若凡之间爱恨情仇的故事 。
2006年，与袁泉、孙莉、何炅合作出演赖声川经典话剧《暗恋桃花源》，在剧中饰演江滨柳 。
2007年，与黄奕、陆毅联袂主演根据巴金同名小说改编的年代情感剧《家》 。
2009年，出演老舍经典作品改编的电视剧《四世同堂》，饰演祁瑞宣 。
2010年，与雷恪生、孙红雷等出演田沁鑫执导的话剧《四世同堂》，再次饰演祁瑞宣 。同年出演赵宝刚执导的爱情伦理剧《婚姻保卫战》，饰演居家煮夫许小宁 。
2011年，与孙红雷、汪俊领衔主演赵宝刚执导的都市感情剧《男人帮》，饰演培训中心电脑老师罗书全 。
2012年，执导首部电影短片《老男人历险记之“喘不上气”》 。同年搭档陈数主演汪俊执导的都市情感剧《夫妻那些事》，饰演事业成功又疼老婆的好男人唐鹏 。
2013年，搭档陈数主演都市情感剧《我爱男闺蜜》饰婚介所资深情感专家，职场女魔头叶珊身边的“男闺蜜”方骏 。
2014年黄磊携女儿黄忆慈参加湖南卫视真人秀节目《爸爸去哪儿2》 。同年出演麦兆辉、庄文强执导的犯罪剧情片《窃听风云3》，饰演陆国集团独立非执行董例万籡。2014年加盟江苏卫视《非诚勿扰》节目，成为点评嘉宾。
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 ，凭借该剧提名第21届上海电视节最佳男主角 。6月14日与孙红雷、黄渤参与户外竞技类励志综艺节目《极限挑战》在东方卫视播出[43-44] 。同年担任何炅执导青春校园电影《栀子花开》的监制。
2016年3月，领衔主演蔡岳勋执导的电视剧《深夜食堂》，在剧中饰演食堂“老板”，7月该剧杀青 ；8月15日，与海清主演的电视剧《小别离》播出，饰演遭遇女儿的“青春期”的好爸爸方圆 。
2017年1月，与何炅、刘宪华参与的大型生活服务纪实节目《向往的生活》在湖南卫视播出。
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