窦骁出生于陕西省西安市，10多岁时随家人移民到加拿大。之后，窦骁开始学习空手道，并连续两年在空手道比赛中获得金银奖牌。
2007年，参加加拿大中文电台举办的“阳光男孩”（Sunshine Boyz）选秀比赛，最终获得总决赛冠军。2008年，窦骁怀揣着对表演的热爱，返回到中国，并考入了北京电影学院表演系。窦骁在大二时，参加了张艺谋执导的电影《山楂树之恋》公开选角活动，并被选角副导演推荐给了张艺谋，从而开启了他的演艺之路。
2010年，与周冬雨合作主演爱情电影《山楂树之恋》，在片中饰演长相英俊、笑靥亲切的男主角孙建新（老三），这是他的首部电影作品，从而正式进入演艺圈；12月21日，获得“第5届BQ红人榜颁奖盛典”年度电影新人奖；此外，他还获得了腾讯星光大典年度潜力电影演员奖。
2011年，2月2日参加中央电视台春节联欢晚会，并与韩庚、周冬雨、董洁等一同表演开场歌舞《回家过年》；6月29日，其主演的剧情电影《秋之白华》上映，而他在片中则饰演了才识渊博且富有理想的男主角瞿秋白；9月28日，获得FIRST·西宁青年影展颁奖盛典最受国际大学生瞩目华语电影新人奖；10月25日，获得影视风云榜新势力盛典最受欢迎电影男演员奖；12月2日，其主演的动作电影《赛车传奇》上映，而他在片中则饰演了年少轻狂且恃才自傲的天才赛车手叶浩城；12月15日，其出演的革命战争电影《金陵十三钗》上映；12月22日，其主演的爱情电影《倾城之泪》上映，而他在片中则饰演了经过努力打拼而在事业上有所成就的陈升。
2012年，3月15日其主演的犯罪悬疑电影《大追捕》上映，而他在片中则饰演了少年时期的男主角王远阳；9月27日，其主演的爱情电影《危险关系》上映，他在片中饰演才华横溢且浑身洋溢着法兰西浪漫气息的戴文舟。
2013年，5月16日参加第66届戛纳国际电影节开幕式，并与奚梦瑶一同走红毯；同年，主演让·雅克·阿诺执导的冒险电影《狼图腾》，在片中饰演男主角陈阵的好兄弟杨克。
2014年，5月16日其主演的动作电影《城市游戏》上映，而他在片中则饰演了极限爱好运动者张玮柏；同年，与陈意涵、杨祐宁、宋伊人合作主演古装穿越爱情电影《新步步惊心》，在片中饰演性格洒脱不羁、追求自由、能文能武、温柔又不失霸气的男主角爱新觉罗·胤禵，这是他首次在影视作品中尝试古装扮相；10月，参加浙江卫视明星户外竞技真人秀节目《奔跑吧兄弟》的录制。
2015年，2月19日其主演的冒险电影《狼图腾》上映，该片最终以6.97亿元人民币的票房成绩收官；4月15日，其主演的都市爱情电影《我是女王》，而他在片中则饰演了崇尚自我、鼓励Annie找回自己的男主角Mark；8月6日，其主演的青春励志电影《破风》上映，而他在片中则饰演了性格内敛又不乏丰满个性的单车队队员邱田；10月，作为加速队员参加湖南卫视明星户外真人秀节目《全员加速中》；同年，出演奥斯汀·史密萨德执导的科幻电影《LOG OUT》；之后，与黄轩、周一围、徐璐合作主演古装魔幻剧《海上牧云记》，在剧中饰演性格强悍、武功高强的穆如寒江。
2016年，1月1日其主演的爱情喜剧电影《一切都好》上映，而他在片中则饰演了为了梦想而不惜卖房创业的管全；同年，与李沁、邓伦、王彦霖合作主演古装传奇剧《楚乔传》，在剧中饰演冷静、腹黑且多疑的西凉世子燕洵；7月1日，其与约瑟夫·费因斯、涂世旻主演的战争电影《终极胜利》上映，而他在片中则饰演了为人耿直、重情重义的黄包车夫徐牛；之后，与李沁、张云龙、李亭哲合作主演都市情感剧《佳期如梦之海上繁花》，在剧中饰演阳光帅气且外冷内热的男主角雷宇峥；12月，凭借电影《六人晚餐》获得第11届巴黎中国电影节最佳男演员奖。
2017年，与唐嫣、杨烁合作主演都市情感剧《时间都知道》，在剧中饰演自信风流且放荡不羁的男主角叶珈成；6月16日，其主演的青春爱情电影《六人晚餐》上映，而他在片中则饰演了漫溢深情却玩世不恭的男主角丁成功；同年，与苗苗、彭冠英共同主演都市情感剧《爱上你治愈我》，他所饰演的男主角颜书仁是个性格沉稳、低调内敛的精神科医生；11月14日，与古力娜扎合作主演都市职场剧《十年三月三十日》，在剧中饰演男主角靳燃。
2018年，2月与迪丽热巴合作主演古装电影《日月传奇》，在影片中饰演男主角后羿；同年，与王学圻、昆凌、柏安联合主演西蒙·韦斯特执导的灾难电影《天·火》。2019年，与唐嫣搭档主演古装传奇剧《燕云台》，他所饰演的男主角韩德让，是英勇聪明的摄政王，和萧燕燕自小青梅竹马，并且一直爱着对方。
2020年，与陈都灵合作主演年代情感剧《良辰好景知几何》，饰演男主角萧北辰。
良辰好景知几何2020 饰演萧北辰 导演钟澍佳 主演陈都灵、赖艺、袁昊
燕云台2020-11-3 饰演韩德让 导演蒋家骏 主演唐嫣、佘诗曼、经超、卢杉
十年三月三十日2019-09-19 饰演靳燃 导演钟澍佳 主演古力娜扎、徐正溪、宋妍霏
时间都知道2019-07-16 饰演叶珈成 导演钟澍佳 主演唐嫣、杨烁、蓝盈莹
爱上你治愈我2019-04-17 饰演颜书仁 导演曹盾、程樯 主演苗苗、彭冠英、张峻宁
佳期如梦之海上繁花2018 饰演雷宇峥 导演花箐 主演李沁、张云龙、李亭哲
九州·海上牧云记2017-11-21 饰演穆如寒江 导演曹盾 主演黄轩、周一围、徐璐
楚乔传2017-06-05 饰演燕洵 导演吴锦源 主演赵丽颖、林更新、李沁、邓伦
日月传奇2020 饰演后羿 导演金依萌 主演迪丽热巴、李子峰、娄艺潇
天·火2019-12-12 饰演正楠 导演西蒙·韦斯特 主演王学圻、昆凌
六人晚餐2017-06-16 饰演丁成功 导演李远 主演张钧甯、邬君梅、吴刚
终极胜利2016-07-01 饰演徐牛 导演冼杞然 主演约瑟夫·费因斯、涂世旻
一切都好2016-01-01 饰演管全 导演张猛 主演张国立、姚晨、陈赫
新步步惊心2015-08-20 饰演爱新觉罗·胤祯 导演宋迪 主演陈意涵、杨佑宁
破风2015-08-06 饰演邱田 导演林超贤 主演彭于晏、崔始源、王珞丹、欧阳娜娜
我是女王2015-04-15 饰演Mark 导演伊能静 主演宋慧乔、伊能静、陈乔恩
狼图腾2015-02-19 饰演杨克 导演让·雅克·阿诺 主演冯绍峰、巴森扎布
Log Out2015 导演奥斯汀·史密萨德 主演布蕾克·莱弗利、阿德里安·布洛迪
2008年，参与加拿大温哥华“寒衣送暖流”公益广告的拍摄。2011年，担任“千名青年环境友好使者形象大使”，并拍摄了4则环保公益广告片。2012年，以“千名青年环境友好使者形象大使”的身份拍摄了2则纪念世界环境日的公益广告。
2014年10月，参加中国扶贫基金会举办的“体验饥饿”公益活动。2015年7月，受邀担任“中国自行车联赛”的形象大使。
2016年7月，担任GQ奥运形象大使；8月22日，在一直播开展公益直播，并将此次直播中所有收益转化为真实的救护车派送到山区，用于改善贫困山区医疗机构提供基本的医护支持。2018年9月，作为“正能量偶像”参加第二期“一带一路”青年倡议活动 。
2016-12 第11届巴黎中国电影节最佳男演员奖 《六人晚餐》 （获奖）
2012 “中国电影导演协会”最佳男演员奖 《秋之白华》 （提名）
2012 “华语电影传媒大奖”观众票选最受瞩目男演员奖 《倾城之泪》 （获奖）
2011-10-25 “影视风云榜新势力盛典”最受欢迎电影男演员奖 （获奖）
2011-09-28 “FIRST·西宁青年影展颁奖盛典”最受国际大学生瞩目华语电影新人奖[23] （获奖）
2011 第14届中国电影华表奖优秀境外华裔男演员奖 《山楂树之恋》 （提名）
2011 “中国银幕电影风云榜”年度新人奖 （获奖）
2011 “华语电影产业盛典”年度最具商业价值男新人奖 （获奖）
2011 “百度娱乐沸点”年度最热门新晋男演员奖 （获奖）
2011 “新浪网络盛典”年度新人奖 《山楂树之恋》 （获奖）
2011 “搜狐娱乐盛典”NEW FACE奖 （获奖）
2011 “BQ红人榜颁奖盛典”年度飞跃演员奖 （获奖）
2010-12-21 “第5届BQ红人榜颁奖盛典”年度电影新人奖[2] （获奖）
2010-12 “腾讯星光大典”年度潜力电影演员奖 《山楂树之恋》 （获奖）
2011 “中国影响时尚盛典”最美年度炫目青春大奖 （获奖）
窦骁看起来很阳光，有一种很干净的感觉（张艺谋评）。窦骁身材挺拔，长相帅气且有极高的辨识度。他阳光、乐观，他的笑容极具感染性。窦骁在电影《山楂树之恋》中，将老三演绎得很成功。外形阳光的窦骁是空手道高手，身体健壮，颇有古希腊人物之风（《南方都市报》评）。
窦骁在电影《秋之白华》中，凭借出色的表演，将理想坚定而又不失浪漫情怀的早期共产党人刻画得入木三分（《中国艺术报》评）。窦骁在电影《终极胜利》中的表现令人感到惊喜，他将徐牛的胸怀大义与淳朴耿直诠释得淋漓尽致（李程评）。
窦骁有着古铜色的肌肤、线条精实有力的肌肉、绅士般迷人的微笑，他也因此被称作为“行走荷尔蒙”。窦骁在电影《终极胜利》中，不仅展现出了其精湛的演技，而且还突破了“文艺男”的形象，让很多影迷耳目一新（网易评）。窦骁身穿黑色西装搭配白色衬衣，展现出了温暖儒雅的绅士风范。不管是电影还是电视剧，他在角色中游刃有余的转换之间，演技上也有着不断的提升和突破（腾讯评）。
