富大龍出生在一個普通工人家庭，從小受到家庭的嚴格教育，自小就學習武術、京劇、古琴、書法等，上學后年年被評為三好學生和優(yōu)秀少先隊員，而且很小就開始拍戲。1994年考入北京電影學院表演系，1998年以全班總成績第一畢業(yè)。

1984年，8歲的富大龍首次參演電影《中彩》。1985年，在北京兒童電影制片廠攝制的講述偉大的無產階級革命家彭德懷童年及少年時期經歷的電影《少年彭德懷》中擔任男主角，憑借此片獲得第二屆中國電影童牛獎優(yōu)秀表演獎。

1988年，與旭日花、涂門主演電影《小騎兵歷險記》，在劇中飾演小騎兵連福。

1990年，主演馮小寧執(zhí)導的抗日題材電影《戰(zhàn)爭子午線》，該片獲第4屆東京國際兒童電影節(jié)日本電影評論家獎，第2屆日本京都國際兒童電影節(jié)金獎。

1991年，與鞏立峰、劉佩琦主演電影《夏日歷險》。1992年，在馮小寧執(zhí)導電視劇《北洋水師》中飾演清末海軍將領劉步蟾的少年時期。

1996年，在葛優(yōu)、陳道明主演的古裝電視劇《寇老西兒》中飾演寇準的管家。

1999年，參與周杰主演古裝探案劇《少年包青天》，在劇中飾演賣面的六子。

2000年，主演馮小寧“戰(zhàn)爭與和平”電影三部曲的最后一部《紫日》，影片獲得第21屆夏威夷國際電影節(jié)最佳影片獎。

2004年，領銜主演勵志倫理劇《我是農民》，飾演想進城當民工的農村青年唐大年。

2005年，在韓剛執(zhí)導的現(xiàn)代軍旅劇《陸軍特戰(zhàn)隊》中飾演堅毅沉穩(wěn)的特戰(zhàn)隊員陶虎。

2006年，主演戚健執(zhí)導的劇情電影《天狗》，在片中飾演的男主角李天狗是一個復員后被分配到偏遠國有林場的護林員。憑借出色的表演，2007年獲得第7屆華語電影傳媒大獎最佳男主角獎，第12屆中國電影華表獎最佳男主角獎，第26屆中國電影金雞獎最佳男主角獎三項大獎。

2007年，主演根據真實故事改編的電視劇《今生欠你一個擁抱》，在劇中飾演駐守西藏的邊防軍排長吳大龍，同年在年代愛情劇《同年同月同日生》中飾演沉著穩(wěn)重、恪守諾言賀紫垣。2008年，與王斑、殷桃主演胡玫執(zhí)導的年代情感劇《望族》。

2009年1月2日，主演的歷史傳奇劇《走西口》在CCTV1黃金時間首播，在劇中飾演心胸狹窄、膽小算計的梁滿囤，是該劇中的反一號。

2010年，與王靜、楊冪共同主演主演古裝探案劇《神探狄仁杰前傳》，在劇中飾演大唐第一神探、唐朝宰輔狄仁杰。

2011年，在潘文杰執(zhí)導的民國偶像劇《新京城四少》中飾演三少童玉孝，看似油滑搞笑，但其實重情重義、熱心助人，在劇中對楊冪飾演的白雪的感情二十幾年如一日。

2012年，在電視劇《大唐詩圣》中出演唐朝詩圣杜甫，該劇全面展示了杜甫孤獨輾轉、悲憫仁愛、彷徨矛盾、悲辛交集、上下求索的一生。同年在古裝英雄劇《隋唐演義》中突破形象飾演歷史上有名的暴君楊廣。

2013年，領銜主演丁黑執(zhí)導的歷史政治劇《大秦帝國之縱橫》，在劇中飾演秦惠文王贏駟，通過合縱連橫奠定了秦國強大的基礎。

2014年，參演王濱執(zhí)導的年代傳奇劇《大連故事》，在劇中飾演北洋水師的幸存者齊飛云。

2016年，在柏杉執(zhí)導的古裝電視劇《大清江山之龍膽花》中飾演清太宗皇太極。參演歷史劇情電影《進皇城》，隨劇組亮相北京電影節(jié)；10月21日，領銜主演的傳奇戰(zhàn)爭劇《騾子和金子》播出，在劇中飾演在湘江之戰(zhàn)中意外獲得了大量黃金的馬夫騾子；12月，在年代傳奇史詩劇《遠大前程》中的戲份拍攝完畢，飾演不畏強權被推舉為工人領袖的碼頭工人嚴華。

2017年，客串古裝歷史劇《大秦帝國之崛起》，同年領銜主演張中一執(zhí)導的茶文化題材劇《康藏茶魂》，飾演低調內斂，正直善良的雅安“天德功”茶號掌門人程子君。

2018年6月23日，憑借電影《進京城》獲得第21屆上海國際電影節(jié)最受傳媒關注男主角獎。

2007年，富大龍經一位化妝師介紹認識了重慶女演員饒敏莉，2008年，二人相戀。2010年6月，富大龍透露二人已于年初正式結婚。

2001年，富大龍在由天下英才傳媒、南方周末等主辦的“2007中國演藝名人公眾形象滿意度調查 ”中獲得最佳社會公益活動大使。

富大龍出版過散文詩歌集《牧歌》，現(xiàn)代詩、散文集《在河套邊緣行走》，古詩、短句、對聯(lián)集《雜花詩冊》等多部文學作品，他還寫過電影劇本，并在2007年錄制了一首自己作詞、作曲的歌曲《距離》。平日里酷愛書畫、古琴樂器、武術戲曲等雜項，琴棋書畫樣樣精通。（新浪娛樂、網易娛樂 評）