1978年9月5日，余男出生在美丽的北方海滨城市大连。余男从小随全家住在大连老虎滩附近，在4岁时，还在幼儿园的余男客串了电影《舞恋》——胸前别着一块花手绢被人抱上了一艘大轮船。初中时候余男当了一部MTV的女主角，除去这两次出镜机会直到18岁“偶然”考上北京电影学院之前，她的生活与一般城市女孩子并无太多差异。
1995年，当时的余男是个准备高考的高三学生，就读于大连市第二中学，顺从家里的选择，余男打算报考外语学院。但北京电影学院第一次在大连招生改变了她的人生，负责招生的是演员谢园，当时他是北京电影学院的老师。余男和同班的二十几个女生，抱着好玩的想法去凑热闹，结果一出《姐妹之间》的小品让余男脱颖而出，她背着父母填报了志愿，从而成为北京电影学院表演系1995级学生，她是唯一的应届高中毕业生，而班主任正是谢园。谢园认为余男“沉静有内涵，这个姑娘大有潜力可挖”。
大学期间，余男最大的爱好是在拉片室里看电影，尤其是法国电影和意大利电影。
1999年，大学毕业的余男出演王全安执导的《月蚀》，饰演雅男，这是她主演的第一部电影作品，获得第4届法国多维尔亚洲电影节“最佳女演员奖”。2001年，余男凭借《月蚀》受邀参展法国杜威国际电影节，被法国星探相中，出演法国商业电影《狂怒》。
2003年，余男再次出演王全安执导的电影《惊蛰》，饰演关二妹，以黑黑粗粗的农村女孩形象出现，夺得第23届中国电影金鸡奖最佳女主角奖和第19届巴黎国际电影节、第11届北京大学生电影节、第1届中国电影表演家协会最佳女主角奖。
2006年，通晓英文、法文的余男主持在中国电影资料馆举办的“让·雷诺北京见面会暨影片展映”。参演好莱坞影片《权杖》、王小帅的新片《左右》，和台湾导演李芸婵的新片《基因决定我爱你》。同年，余男在王全安的第三部作品《图雅的婚事》中饰演图雅一角，影片入围2007年柏林国际电影节竞赛单元，斩获最高荣誉金熊奖，余男夺得华语电影传媒大奖、芝加哥国际电影节和迦太基国际电影节的“最佳女主角”“最佳女演员”奖项。
2007年，与吴镇宇合作主演《双食记》，饰演一位美食主持人；拍摄王全安电影《纺织姑娘》。
2010年，参演高群书执导的电影《西风烈》，饰演杀手。与一众模特登《Elle》，全裸出镜拍环保宣传片。担任柏林国际电影节主竞赛单元的评委，成为继巩俐之后第二位担任此职的中国女星。
2012年，与黄渤主演管虎执导的电影《杀生》，饰演一个寡妇，与黄渤有大尺度激情戏。同年参演由美国千禧年影业与乐视影业联合出品，由史泰龙、施瓦辛格、李连杰、杰森·斯坦森、布鲁斯·威利斯等好莱坞动作明星主演的《敢死队2》，余男饰演来自中国的专门协助布鲁斯·威利斯的女科学家Maggie。
2013年，参演陈思诚担任编剧和导演的电影处女作《北京爱情故事》，饰演张蕾。
2015年，参演的爱情喜剧片《爱我就陪我看电影》于4月30日上映。8月，由夏钢执导，余男、王千源、南宫民等主演的悬疑爱情电影品质之作《月色撩人》在广东东莞拍摄；参演战争史诗级电影《营救飞虎队》。
2016年，搭档胡军主演胡雪桦执导的黑帮传奇电影《上海王》与张译、郭晓冬等人合作，出演青春罪案电影《少年》。
2019年，与王志文、李立群等合作主演的电影《最长一枪》上映。
东方华尔街2018-05-24 饰演方璇
最长一枪2019-09-06 饰演雪儿 导演徐顺利 主演王志文、李立群
西北风云2018-04-13 饰演高桥
战狼22017-07-27 饰演龙小云 导演吴京 主演吴京，弗兰克·格里罗，吴刚，张翰，卢靖姗，丁海峰
少年 2016-12-16 饰演韩云 导演杨树鹏 主演欧豪、张译、郭晓冬
月色撩人2016 饰演芥子 导演夏钢 主演王千源、南宫民
男欢女爱 2016 饰演胡雅捷 主演郭晓冬
上海王2016 导演胡雪桦 主演胡军
爱我就陪我看电影2015-04-30 饰演若瑶 导演牛朝阳 主演吴镇宇、金泛
战狼 2015 饰演龙小云 导演吴京 主演斯科特·阿特金斯
智取威虎山3D2014-12-23 饰演青莲 导演徐克 主演张涵予、梁家辉、林更新
北京爱情故事2014-02-14 饰演张蕾 导演陈思诚 主演陈思诚、王学兵、梁家辉
无人区2013-12-03 饰演舞女 导演宁浩 主演徐峥、黄渤、王双宝
铁血娇娃之丛林日记2013-11-01 饰演白雪 导演傅华阳 主演邹兆龙、潘霜霜、安志杰
全民目击2013-09-17 饰演周莉 导演非行 主演郭富城、孙红雷、邓家佳
亲爱2013-05-10 饰演陆雪妮 导演李欣蔓 主演邵何之杰、于谦
哺乳期的女人2013 饰演费嫂 导演杨亚洲 主演陶泽如、林浩
敢死队22012-08-17 饰演Maggie 导演西蒙·韦斯特 主演西尔维斯特·史泰龙、李连杰、阿诺德·施瓦辛格
杀生2012-04-28 饰演马寡妇 导演管虎 主演苏有朋、黄渤、梁静
寻人奇事2012 饰演张小云 导演康正昊 主演孙海英、康正昊、戴军
与时尚同居2011-10-21 饰演齐西 导演尹丽川 主演周渝民、徐若瑄、乔任梁
西风烈2010-10-28 饰演杀手 导演高群书 主演段奕宏、倪大红、吴镇宇
纺织姑娘2010 饰演李丽 导演王全安 主演程正武、赵鲁寒
寻找成龙2009-07-03 饰演导演 导演方刚亮、江平 主演张一山、成龙、姜宏波
极速赛车手2008-05-09 饰演荷露 导演安迪·沃卓斯基、拉娜·沃卓斯基 主演埃米尔·赫奇、克里斯蒂娜·里奇、马修·福克斯
双食记2008-03-08 饰演顾晓繁 导演赵天宇 主演吴镇宇、江一燕、朱雨辰
基因决定我爱你2007-08-31 饰演玛菱 导演李芸婵 主演何润东、关颖、彭于晏
唐卡迷踪2007-08-31 饰演Anika 导演杜夫·龙格尔 主演杜夫·龙格尔、薛祖仁、威廉·施莱沃
左右2007 饰演董帆 导演王小帅 主演成泰燊、刘威葳、张嘉译
图雅的婚事2006 饰演图雅 导演王全安 主演巴特尔、森格
惊蛰2004 饰演关二妹 导演王全安 主演刘彦兵、苏岩
狂怒2003 饰演晴(Chinh) 导演卡里姆·德里迪 主演塞缪尔·勒·比汉、乔·普雷斯蒂亚、阿贝尔·贾弗里
月蚀1999 饰演雅男 导演王全安 主演吴越
2017-12 第5届中英电影节最佳女主角奖 引爆者 （获奖）
2016-10 第13届中国长春电影节-金鹿奖最佳女配角奖 智取威虎山 （提名）
2016-08 第33届大众电影百花奖最佳女主角奖 战狼 （提名）
2015-06 第18届上海国际电影节之第12届电影频道传媒大奖最佳女主角奖 战狼 （提名）
2014-12 第6届澳门国际电影节最佳女配角奖 北京爱情故事 （提名）
2014-08 第32届大众电影百花奖最佳女主角奖 全民目击 （提名）
2014-03 第5届中国电影导演协会年度女演员奖 无人区 （提名）
2013-11 第1届伦敦国际华语电影节金骑士奖最佳女主角奖 全民目击 （提名）
2013-10 第1届中国优秀农村题材电影表彰典礼最佳女主角奖 哺乳期的女人 （获奖）
2013-01 《申》报年度电影贡献奖最佳女演员 无人区 （获奖）
2012-08 第11届中国长春电影节最佳女主角奖 杀生 （提名）
2010-10 第4届亚太电影大奖最佳女主角奖 纺织姑娘 （提名）
2008-06 第8届华语电影传媒大奖最佳女主角 图雅的婚事 （获奖）
2008-05 第15届北京大学生电影节最受欢迎女演员奖 双食记 （获奖）
2007-11 第43届芝加哥国际电影节最佳女演员奖 图雅的婚事 （获奖）
2007-10 第15届迦太基国际电影节最佳女演员奖 图雅的婚事 （获奖）
2007-01 第1届铁象电影大赏最佳女主角奖 图雅的婚事 （提名）
2005-01 第1届中国电影表演家协会最佳女主角奖 惊蛰 （获奖）
2004-05 第11届北京大学生电影节最佳女演员奖 惊蛰 （获奖）
2004-04 第19届巴黎国际电影节最佳女主角奖 惊蛰 （获奖）
2003-11 第23届中国电影金鸡奖最佳女主角奖 惊蛰 （获奖）
2001-04 第4届法国多维尔亚洲电影节最佳女演员奖 月蚀 （获奖）
2013 第37届蒙特利尔国际电影节艺术创新大奖 哺乳期的女人 （获奖）
2013 英国万象国际电影节最佳影片 全民目击 （获奖）
2013 第八届大阪电影节最佳影片 亲爱 （获奖）
2006 最高荣誉金熊奖 图雅的婚事 （获奖）
2003 柏林电影节最佳发行奖 狂怒 （获奖）
2001 莫斯科国际电影节评审团大奖 月蚀 （获奖）
从电影处女作《月蚀》，到《惊蛰》、《图雅的婚事》，余男先后斩获“第4届法国多维尔亚洲电影节最佳女演员奖”、“第19届法国巴黎电影节最佳女主角奖”、“第43届美国芝加哥国际电影节最佳女演员奖”、“第23届中国电影金鸡奖最佳女主角奖”、“第11届北京大学生电影节最佳女演员”等九个国际、国内最佳女主角奖项。而她也因此被柏林电影节评委会主席称之为“中国的文艺片女王”（新浪娱乐）。
她是一位出色的女性，在我所熟悉的青年演员里，她是保有为演戏去体验生活这样习惯的一个，《无人区》剧本给到她，我什么都不用做了，她自己就知道要怎么演，要出什么效果（宁浩评价）。
她是一个真正意义上的女演员，不是明星不是艺人，是演员（徐峥评价）。
