1973年，段奕宏出生于新疆伊寧的伊犁河邊。家里有三個孩子，段奕宏是最小的。段奕宏讀高一時，學校舉辦文藝比賽，他飾演小品《知識就是力量》中的一個小商販。上海戲劇學院導演系的一位教授看到這個小品后，就托話劇團團長給段奕宏帶話，說他應該去考藝術院校表演系，于是段奕宏就萌發了要讀表演系的念頭。高二開始，段奕宏連續三年報考中央戲劇學院。第一次未過一試；第二次進了三試，但最終還是落選。第三次以中央戲劇學院西北片考生總分第一名的成績進入中戲表演系學習。
1998年，段奕宏以全優成績從中央戲劇學院表演系畢業。
1998年，段奕宏進入實驗話劇院（國家話劇院），同年主演個人首部電視劇《母親》。
1999年，在警匪劇《刑警本色》中飾演殺手羅陽，為了把殺手這個角色演好，他把一個掏槍動作練了上千遍。
2000年，與凱麗合作出演話劇《紀念碑》；同年與王志文、江珊合作出演根據小說《比如女人》而改編的愛情劇《讓愛做主》。
2002年，主演個人首部電影《二弟》，該片入圍56屆戛納電影節一種注目單元并于同年參加印度、多倫多等電影節，而段奕宏亦憑借該片獲得第34屆新德里國際電影節最佳男主角獎；8月，主演歷史劇《記憶的證明》。
2003年，段奕宏在孟京輝重排的話劇《戀愛的犀牛》中飾演馬路，他為了這臺話劇還學彈吉它；這臺話劇先是在上海話劇藝術中心演出5場，之后在北京人藝小劇場連演33場，隨后又開始巡演；同年，段奕宏在中泰合拍片《細偉》中飾演專吃小孩心臟的殺手黃利輝，該片參展了上海國際電影節。
2004年，段奕宏及王檸主演的大劇場版《戀愛的犀?！吩诒本┦锥紕鲅莩?0場，在距離演出前21天，演出票全部售空，之后《戀愛的犀?！吩诒睅煷蟊眹鴦黾友?場；同年《記憶的證明》獲得飛天獎最佳長篇電視劇、金鷹獎最佳長篇電視劇等多個獎項。
2006年，主演由康洪雷執導的軍事動作劇《士兵突擊》，飾演袁朗。2007年5月起，《士兵突擊》在網絡上走紅；同年該劇在各大電視臺播出后受到廣泛關注；在第27屆中國電視劇飛天獎上，《士兵突擊》獲得長篇電視劇一等獎項；而段奕宏也憑借該劇入圍飛天獎優秀男演員獎；同名他還主演了郭志執導的電影《守望平安》。
2007年，與俞飛鴻合作拍攝電影《愛有來生》，段奕宏在片中塑造了土匪以及僧人鬼魂兩個形象。該片入圍了2010年第17屆北京大學生電影節，并獲最佳處女作獎。
2008年，《士兵突擊》原班人馬在云南騰沖拍攝電視劇《我的團長我的團》，段奕宏扮演的團長龍文章為劇中的核心人物。2009年該劇在四衛視開播時創造了“零點首播”的新概念；同年9月，《我的團長我的團》入圍第15屆上海電視節白玉蘭獎，獲得四項提名，其中段奕宏獲最佳男演員的提名。在“上海電視節電視劇觀眾票選活動”中，段奕宏憑借龍文章一角獲得最具人氣男演員獎。
2010年，與趙崢、王媛可、左小青共同主演的電視劇《上海，上?！吩贑CTV開播，劇中段奕宏飾演亦正亦邪的海派儒商劉恭正。
2011年，段奕宏與高虎、蔣勤勤、孫海英等聯袂出演勵志商戰電視劇《大時代》，飾演傳奇商人陳頂天；同年主演王全安執導的電影《白鹿原》，飾演由農民變為土匪、后又投身革命的傳奇人物黑娃。
2012年，他與李冰冰主演的都市愛情電影《我愿意 I Do》在全國上映；3月出演馮小剛執導的劇情片《一九四二》，飾演陳布雷一角；同年參演高希希導演的歷史劇《楚漢傳奇》，飾演漢初三杰之一的韓信。
2013年，他主演由曹保平執導的犯罪懸疑片《烈日灼心》，飾演一名刑警；12月，與戚薇聯袂主演謀略題材的電視劇《謀圣鬼谷子》；同年與曾江、陳沖、廖凡聯袂主演的年代劇《海上孟府》在遼寧電視臺播出。
2015年，在2015年中央電視臺春節聯歡晚會上，與張豐毅、朱亞文合唱歌曲《中華好兒孫》；同年，憑借犯罪懸疑片《烈日灼心》獲得第18屆上海電影節最佳男演員獎。
2017年，主演犯罪懸疑片《暴雪將至》并憑借該片獲得第30屆東京國際電影節最佳男演員獎以及第12屆荷蘭亞洲電影節最佳表演獎；11月24日，主演的動作犯罪電影《引爆者》上映；12月，主演冒險科幻電影《希望島》。
2018年，與郭富城合作主演電影《秘密訪客》。2019年4月，與張魯一、鄔君梅合作主演的古裝歷史劇《大秦帝國之天下》殺青。
2020年，參演的電影《一刀天堂》在廈門正式開機。
2021年，與梁朝偉主演的電影《獵狐行動》上映。
一刀天堂2021 飾演林承生 導演黃朝亮 主演沙寶亮、史彭元
獵狐行動 2021-1-8 導演張立嘉 主演梁朝偉
秘密訪客2020-06-25 飾演神秘訪客 導演陳正道 主演郭富城、許瑋甯
希望島2019 主演安迪·加西亞
引爆者2017-11-24 飾演趙旭東 導演常征 主演余男、王景春
暴雪將至 2017-11-17 飾演余國偉 導演董越 主演江一燕、付偉
記憶大師2017-04-29 飾演沈漢強 導演陳正道 主演黃渤、徐靜蕾、楊子珊
非凡任務2017-03-27 飾演老鷹（何潮生） 導演麥兆輝 主演黃軒、祖峰、郎月婷
烈日灼心2015-08-27 飾演伊谷春 導演曹保平 主演鄧超、王珞丹、高虎
愛情進化論2014 飾演潘小哲 導演劉榮艷 主演郭碧婷、謝依霖、劉亞瑟
白鹿原2012-12 飾演黑娃 導演王全安 主演張豐毅、張雨綺
一九四二2012-11-28 飾演陳布雷 導演馮小剛 主演陳道明
我愿意 I DO2012 飾演王洋 導演孫周 主演李冰冰、孫紅雷
西風烈2010 飾演向西 導演高群書 主演吳鎮宇、吳京、倪大紅
愛有來生2009 飾演阿明 導演俞飛鴻 主演俞飛鴻
風聲2009 飾演葉劍波 導演高群書、陳國富 主演周迅、李冰冰、黃曉明
全城熱戀2009 飾演Leslie Guan 導演夏永康、陳國輝 主演謝霆鋒、張學友
桃花運2008 飾演宗揚 導演馬儷文 主演李小璐
守望平安2007 飾演田立冬 導演郭志 主演王奎榮
頤和園2006 飾演曉軍 導演婁燁 主演郝蕾
食人狂魔2004-10-28 飾演黃利輝
二弟2002 飾演二弟 導演王小帥 主演舒硯
一米陽光2002 飾演劉鈞 導演儲小梅 主演李光復
刑警張玉貴2000 飾演林鵬 導演孫鐵 主演王學圻
大秦帝國之天下2019 飾演呂不韋 導演延藝 主演張魯一
大連故事 2014 飾演魯長風 導演王濱 主演馬蘇，富大龍
謀圣鬼谷子2014 飾演王禪 導演郭寶昌、劉涓 主演祖峰，倪大紅
海上孟府2013 飾演孟文祿 導演張挺 主演陳沖
楚漢傳奇2013 飾演韓信 主演陳道明
大時代2011 飾演陳頂天 導演汪俊 主演高虎
圣天門口2011 飾演杭九楓 導演張黎、劉淼淼 主演小宋佳
上海，上海2010 飾演劉恭正 導演毛衛寧 主演吳秀波
最后的99天2009 飾演肖鵬 導演汪俊 主演張涵予
我的團長我的團2009 飾演龍文章 導演康洪雷 主演張譯
士兵突擊2006 飾演袁朗 導演康洪雷 主演王寶強
大院子女2006 飾演章衛平 導演斗琪 主演印小天
頤和園 2006
導演婁燁 主演郝蕾、郭曉冬
女子戲班2005 飾演鄭世昌 導演張世春
紅旗渠的兒女們2004 飾演王大群 導演蔡曉晴
驪姬傳奇2003 飾演優施 導演齊星 主演秦海璐
記憶的證明2002 飾演周尚文 導演楊陽 主演矢野浩二
石瀑布2000 飾演劉鈞 導演鄭金寶 主演雷恪生、李保田
讓愛做主2000 飾演陳大明 導演張建棟 主演王志文、江珊
刑警本色1999 飾演羅陽 導演張建棟 主演王志文、李晨
2018年2月，某快餐品牌攜手中國國家博物館推出“國寶耀中華”系列活動，以國寶文物為載體讓傳統文化煥發光彩，段奕宏出席活動并被授予宣傳推廣大使稱號。8月，段奕宏受邀出席時尚之夜二十五周年慶典。12月4日，參加在北京舉行的第十五屆MAHB年度先生盛典。
2019年11月6日，段奕宏參加2019吳天明青年電影高峰會“蒲公英公益行動”。
2017 ? ?第30屆最佳男演員獎 ? ? 暴雪將至 ? ?（獲獎）
2015 ? ?第18屆金爵獎-最佳男主角獎 ? ? 烈日灼心 ? ?（獲獎）
2003 ? ?第34屆最佳男主角獎 ? ? 二弟 ? ?（獲獎）
2019 ? ?第32屆最佳男主角獎 ? ? 暴雪將至 ? ?（提名）
2016 ? ?第33屆最佳男配角獎 ? ? 烈日灼心 ? ?（提名）
2018 ? ?第55屆最佳男主角獎 ? ? 暴雪將至 ? ?（提名）
2016 ? ?第13屆最佳男主角獎 ? ? 烈日灼心 ? ?（提名）
2016 ? ?第23屆最佳男演員獎 ? ? 烈日灼心 ? ?（提名）
2018 ? ?第25屆最佳男演員獎 ? ? 暴雪將至 ? ?（提名）
2018 ? ?第12屆最佳男主角獎 ? ? 暴雪將至 ? ?（提名）
2018 ? ?第9屆年度男演員獎 ? ? 暴雪將至 ? ?（提名）
2016 ? ?第7屆年度男演員獎 ? ? 烈日灼心 ? ?（提名）
2017 ? ?第16屆學會獎 ? ? 烈日灼心 ? ?（獲獎）
2011 ? ?第13屆學會獎 ? ? 西風烈 ? ?（獲獎）
2016 ? ?第16屆微博評審·百家傳媒年度致敬表現獎 ? ? 烈日灼心 ? ?（獲獎）
2013 ? ?第13屆最受矚目男演員獎 ? ? 白鹿原 ? ?（獲獎）
2009 ? ?第15屆票選最具人氣男演員獎 ? ? 我的團長我的團 ? ?（獲獎）
2009 ? ?第15屆最佳男演員獎 ? ? 我的團長我的團 ? ?（提名）
2010 ? ?第25屆最受觀眾喜愛的男演員獎 ? ? 最后的99天 ? ?（提名）
2009 ? ?第27屆優秀男演員獎 ? ? 士兵突擊 ? ?（提名）
2016 ? ?第18屆中國最佳電影男演員獎 ? ? 烈日灼心 ? ?（獲獎）
2012 ? ?年度電視劇實力男演員 ? ?（獲獎）
2018 ? ?第4屆最佳動作男演員榮譽 ? ? 引爆者 ? ?（獲獎）
2019 ? ?第12屆最佳表演獎 ? ? 暴雪將至 ? ?（獲獎）
2017 ? ?第16屆亞洲之星獎 ? ? （獲獎）
段奕宏憑借著自己的實力得到了眾多導演的垂青。他努力地演戲，勤勤懇懇地工作，用自己的表演給作品加分。無論是《士兵突擊》中瀟灑不羈的老A隊長袁朗，還是《上海，上?！防锶逖糯髿獾纳虾Ｉ虡I傳奇人物劉恭正，段奕宏以一次次突破自我，風格迥異的表演獲得了業內的認可（新浪網評）。
段奕宏以演技和實力演繹著每部戲中的角色，演繹著自己與眾不同的星途，觀眾對他真面目的認識也因他演繹的角色而蒙上一層美麗而神秘的面紗。細看段奕宏的作品單，很難找到同類型的角色。無論角色，還是表達方式，不墨守成規都是他對自己的要求。觀眾驚異于他一人千面的演技：下一部片子和上一部片子里完全是兩個人，甚至面相都不同。段奕宏精湛、細膩的演技經常得到圈內人士、觀眾的贊賞，但他從未驕縱過。段奕宏給人的感覺是淡定、寵辱不驚（《南方人物周刊》評）。
十大高考失利的明星名單 NO.5
男性名人
女性名人
