1992年1月31日，出生于河北省石家庄市的一个普通家庭，儿时曾练习体操，12岁时还进入了石家庄市体操队。
2010年，由于拍摄电影《山楂树之恋》没有参加当年的高考。
2011年，受张艺谋导演的推荐，报考了北京电影学院表演系，最终也凭借个人努力如愿考上了北京电影学院表演系本科班。
2010年初，还在上高三的周冬雨参加了爱情片《山楂树之恋》征选女主角活动，随后被张艺谋发掘，确定出演女主角静秋；9月16日，该片上映后获得1.6亿人民币的票房，刷新国内文艺片票房纪录，而周冬雨也因此片获得了多个奖项，并步入影坛。
2011年2月2日，首登央视春晚的舞台；6月10日，友情客串的历史题材片《湘江北去》上映；12月22日，主演爱情电影《倾城之泪》。
2013年8月13日，主演的古装爱情电影《宫锁沉香》上映。
2014年4月25日，主演的青春爱情电影《同桌的你》公映，该片最终内地收获4.56亿元票房成绩，她也因此成为首个主演单片票房过4亿的90后女星。9月30日，主演的暴走喜剧电影《心花路放》上映。
2015年1月16日，主演的侦探动作悬疑电影《暴走神探》上映；6月19日，参演了校园青春电影《少年班》。
2016年2月14日，主演的爱情电影《奔爱》上映。4月15日，主演的犯罪悬疑动作电影《冰河追凶》上映。8月9日，主演的爱情电影《谎言西西里》上映。9月5日，主演的谍战剧《麻雀》播出。9月14日，主演的青春爱情电影《七月与安生》上映，她因此片获得众多奖项，并且也成为首位90后金马奖影后。
2017年1月4日，主演的都市青春励志偶像剧《遇见爱情的利先生》首播。4月14日，与张孝全合作主演的爱情喜剧片《指甲刀人魔》上映。4月27日，主演的爱情电影《喜欢你》全国公映。7月21日，领衔主演的都市情感剧《春风十里，不如你》播出。12月15日，主演的古装奇幻电影《奇门遁甲》上映。
2018年4月28日，领衔主演的青春文艺电影《后来的我们》上映。12月21日，特别出演的古装动作喜剧电影《武林怪兽》全国上映。
2019年1月5日，领衔主演的电视剧《幕后之王》播出。10月25日，领衔主演的电影《少年的你》上映，该片入围第69届柏林国际电影节新生代单元，票房、口碑双丰收，并凭借该电影获得多项大奖。
2020年1月24日，参加2020年中央广播电视总台春节联欢晚会。10月16日，担任第七届丝绸之路国际电影节青年大使。12月10日，与李易峰合作出演的推广短片《谈不了的恋爱》上映。
2021年2月11日，参加2021年中央广播电视总台春节联欢晚会。5月28日，参演的电影《迷妹罗曼史》上映。6月17日，与许凯领衔主演的古装仙剑剧《千古玦尘》开播。12月31日，特别友情出演的年度温暖电影《穿过寒冬拥抱你》上映。同年，领衔主演犯罪悬疑电影《平原上的火焰》。
2022年，与刘昊然、屈楚萧主演电影《燃冬》；主演由陈道明担任总策划、黄渤担任监制的抗疫电影《你是我的春天》。
《山楂树之恋》、《少年的你》、《七月与安生》、《穿过寒冬拥抱你》、《奇门遁甲》、《喜欢你》、《谎言西西里》、《少年班》、《宫锁沉香》、《同桌的你》、《心花路放》等。
《春风十里，不如你》、《千古玦尘》、《麻雀》、《幕后之王》、《魔都风云》、《新世界》等。
《消失》、《小风铃》、《如果我爱你》、《星辰大海》等。
2011年，获第56届西班牙巴利亚多利德国际电影节最佳女演员奖-《山楂树之恋》。
2011年，获第14届中国电影华表奖优秀新人女演员奖-《山楂树之恋》。
2011年，获第20届上海影评人协会奖最佳新人奖-《山楂树之恋》。
2011年，获第23届哈尔滨冰雪电影节年度最具商业价值电影新人奖-《山楂树之恋》。
2015年，获第15届华语电影传媒大奖最受瞩目女演员奖-《同桌的你》。
2016年，获第8届澳门国际电影节最佳女主角奖-《谎言西西里》。
2016年，获第53届台湾电影金马奖最佳女主角奖-《七月与安生》。
2017年，获第17届华语电影传媒大奖（2017电影之夜）年度专业推荐女主角奖-《七月与安生》。
2017年，获第14届广州大学生电影节最受大学生欢迎女演员奖-《喜欢你》。
2017年，获第2届金色银幕奖最佳女主角奖-《七月与安生》。
2017年，获第2届金砖国家电影节最佳女主角奖-《七月与安生》。
2017年，获第23届香港电影评论学会大奖最佳女演员奖-《七月与安生》。
2018年，获第18届华语电影传媒大奖最受欢迎演员奖-《后来的我们》。
2018年，获中国双塔山爱情电影周2017年度爱情电影优秀女主角-《喜欢你》。
2018年，获第9届中国电影导演协会年度女演员奖-《喜欢你》。
2019年，获第4届澳门国际影展新华语映像最佳女主角奖-《少年的你》。
2019年，获第4届澳门国际影展焦点影人-《少年的你》。
2020年，获第33届中国电影金鸡奖最佳女主角奖-《少年的你》。
2020年，获第14届亚洲电影大奖最佳女主角奖-《少年的你》。
2020年，获第35届大众电影百花奖最佳女主角奖-《少年的你》。
2020年，获第11届中国电影导演协会年度女演员奖-《少年的你》。
2020年，获第39届香港电影金像奖最佳女主角奖-《少年的你》。
2020年，获2019年度香港电影导演会最佳女主角奖-《少年的你》。
2021年，获第6届亚洲国际电影节最佳女主角奖-《少年的你》。
2016年，获南都娱乐周刊“90后四小花旦”之一。
2018年，获共青团中央宣传部2018年度“五月的鲜花”优秀演员。
2018年，获2017年年度华语电影权力榜榜首。
2020年，获2019微博之夜微博年度影响力演员。
2020年，获2019今日头条年度盛典年度品牌价值明星。
2020年，获新时代国际电影节新中国成立70周年全国十佳电影女演员。
2021年，获2021微博电影之夜年度榜样演员。
2021年，获2020微博之夜微博年度影响力演员。
周冬雨在电影《七月与安生》中的表演，突破以往温顺、清纯、乖巧的银幕形象，她挑战叛逆不羁、癫狂而又善良温暖的社会边缘人物李安生，松弛得甚至有些放肆，大开大合，没有任何负担，让观众惊叹于她的灵气和天赋。（网易娱乐评）
周冬雨是一个非常有天赋、非常好的演员，第一次演谍战剧《麻雀》，对她也是一个尝试，她的表演是有力量的，内心是有张力的，她的职业生命力肯定是会比较长久的。（导演金琛评）
周冬雨是一个非常有天赋并且非常努力的好演员，哭戏一流，她流泪的时候内心有丰富的层次，她天生就是为大银幕而生！十年时间，张艺谋拍《山楂树之恋》时他对周冬雨的评价已经得到时间的验证和观众对她的肯定与认可。她独特而灵动的表演充满惊喜，相信她身上的潜质能成为中国电影未来的希望。（张艺谋导演在周冬雨出道十年后再评周冬雨）
