富大龙出生在一个普通工人家庭，从小受到家庭的严格教育，自小就学习武术、京剧、古琴、书法等，上学后年年被评为三好学生和优秀少先队员，而且很小就开始拍戏。1994年考入北京电影学院表演系，1998年以全班总成绩第一毕业。
1985年，在北京儿童电影制片厂摄制的讲述伟大的无产阶级革命家彭德怀童年及少年时期经历的电影《少年彭德怀》中担任男主角，凭借此片获得第二届中国电影童牛奖优秀表演奖。
1988年，与旭日花、涂门主演电影《小骑兵历险记》，在剧中饰演小骑兵连福 。
1990年，主演冯小宁执导的抗日题材电影《战争子午线》，该片获第4届东京国际儿童电影节日本电影评论家奖，第2届日本京都国际儿童电影节金奖 。
1991年，与巩立峰、刘佩琦主演电影《夏日历险》 。
1992年，在冯小宁执导电视剧《北洋水师》中饰演清末海军将领刘步蟾的少年时期 。
1996年，在葛优、陈道明主演的古装电视剧《寇老西儿》中饰演寇准的管家 。1999年，参与周杰主演古装探案剧《少年包青天》，在剧中饰演卖面的六子 。
2000年，主演冯小宁“战争与和平”电影三部曲的最后一部《紫日》，影片获得第21届夏威夷国际电影节最佳影片奖 。
2004年，领衔主演励志伦理剧《我是农民》，饰演想进城当民工的农村青年唐大年 。
2005年，在韩刚执导的现代军旅剧《陆军特战队》中饰演坚毅沉稳的特战队员陶虎 。
2006年，主演戚健执导的剧情电影《天狗》，在片中饰演的男主角李天狗是一个复员后被分配到偏远国有林场的护林员。凭借出色的表演，2007年获得第7届华语电影传媒大奖最佳男主角奖 ，第12届中国电影华表奖最佳男主角奖 ，第26届中国电影金鸡奖最佳男主角奖三项大奖 。2007年，主演根据真实故事改编的电视剧《今生欠你一个拥抱》，在剧中饰演驻守西藏的边防军排长吴大龙 ；同年，在年代爱情剧《同年同月同日生》中饰演沉着稳重、恪守诺言贺紫垣 。
2008年，与王斑、殷桃主演胡玫执导的年代情感剧《望族》 。
2009年1月2日，主演的历史传奇剧《走西口》在CCTV1黄金时间首播，在剧中饰演心胸狭窄、胆小算计的梁满囤，是该剧中的反一号 。
2010年，与王静、杨幂共同主演主演古装探案剧《神探狄仁杰前传》，在剧中饰演大唐第一神探、唐朝宰辅狄仁杰 。
2011年，在潘文杰执导的民国偶像剧《新京城四少》中饰演三少童玉孝，看似油滑搞笑，但其实重情重义、热心助人，在剧中对杨幂饰演的白雪的感情二十几年如一日 。
2012年，在电视剧《大唐诗圣》中出演唐朝诗圣杜甫，该剧全面展示了杜甫孤独辗转、悲悯仁爱、彷徨矛盾、悲辛交集、上下求索的一生 ；同年，在古装英雄剧《隋唐演义》中突破形象饰演历史上有名的暴君杨广 。2013年，领衔主演丁黑执导的历史政治剧《大秦帝国之纵横》，在剧中饰演秦惠文王赢驷，通过合纵连横奠定了秦国强大的基础 。
2014年，参演王滨执导的年代传奇剧《大连故事》，在剧中饰演北洋水师的幸存者齐飞云 。
2016年，在柏杉执导的古装电视剧《大清江山之龙胆花》中饰演清太宗皇太极 ；同年，参演历史剧情电影《进皇城》，随剧组亮相北京电影节 ；10月21日，领衔主演的传奇战争剧《骡子和金子》播出，在剧中饰演在湘江之战中意外获得了大量黄金的马夫骡子 ；12月，在年代传奇史诗剧《远大前程》中的戏份拍摄完毕，饰演不畏强权被推举为工人领袖的码头工人严华 。
2017年，客串古装历史剧《大秦帝国之崛起》 ；同年，领衔主演张中一执导的茶文化题材剧《康藏茶魂》，饰演低调内敛，正直善良的雅安“天德功”茶号掌门人程子君 。2018年6月23日，凭借电影《进京城》获得第21届上海国际电影节最受传媒关注男主角奖 ；同年主演年代剧《东四牌楼东》，饰演哈岚。
2019年，主演航空谍战剧《归鸿》 ；10月22日，凭借电影《进京城》第32届中国电影金鸡奖最佳男主角提名 ；12月19日获得第六届中国电视好演员优秀演员奖 ；同年主演电视剧《独臂悍将》，饰演“独臂将军”贺炳炎。
2020年主演缉毒电影《毒蜂》，饰演缉毒警察段士根 ；11月17日，主演的时代报告剧《石头开花》，在剧中饰演了吴非飞 。
富大龙 饶敏莉
2007年，富大龙经一位化妆师介绍认识了重庆女演员饶敏莉，2008年，二人相恋。2010年6月，富大龙透露二人已于年初正式结婚 。2001年，富大龙在由天下英才传媒、南方周末等主办的“2007中国演艺名人公众形象满意度调查 ”中获得最佳社会公益活动大使 。