梁朝伟15岁辍学之后做过报童、会计、勤杂工等工作，在好友周星驰的介绍下，于1982年考入“香港无线电视艺员训练班”成为一名电视演员，正式踏进演艺界。1983年毕业于香港无线电视台第11期艺员训练班，结业后成为无线艺员，主持过无线电视翡翠台儿童电视节目《430穿梭机》。第一部正式演出的剧集为《香城浪子》。
1984年梁朝伟因出演金庸武侠剧《鹿鼎记》中的韦小宝一角而成名，主演电视剧《新扎师兄》为观众所熟知。
1985年-1989年间陆续出演《新扎师兄续集》、《倚天屠龙记》、《大运河》、《绝代双骄》、《侠客行》等多部港剧。
在香港无线期间，梁朝伟已开始参演多部电影，1985年出演《青春差馆》；1986年在尔冬升导演的《癫佬正传》中饰演一名精神病患者，并主演关锦鹏导演的电影《地下情》，获得第6届香港电影金像奖最佳男主角的提名。
1987年出演尔东升执导的电影《人民英雄》，并获得第7届香港电影金像奖最佳男配角奖。
1989年出演谭家明的电影《杀手·蝴蝶·梦》，再度获得香港电影金像奖最佳男配角奖；同年赴台参演侯孝贤执导的剧情片《悲情城市》，在片中饰演自幼聋哑的四弟林文清，该片获得第46届威尼斯国际电影节金狮奖。
1990年梁朝伟和香港无线正式结束合约，主演了吴宇森导演的电影《喋血街头》，同年参演由王家卫执导的电影《阿飞正传》，期间因刘嘉玲出事主动辞去演出，虽只保留了一个镜头但让梁朝伟又找回了对表演的兴趣。
1992年和导演吴宇森合作电影《辣手神探》，在片中饰演一名内心矛盾的悲情卧底阿浪；同年梁朝伟因在该片的戏份很重，拒绝了香港电影金像奖再次提名他为“最佳男配角”。
1993年出演刘镇伟执导的喜剧片《射雕英雄传之东成西就》；1994年梁朝伟在王家卫执导的电影《重庆森林》中饰演一个喜欢整天“自言自语”的“深情警察”663，并且获得第14届香港电影金像奖及第31届台湾电影金马奖最佳男主角奖。同年参演王家卫导演的武侠电影《东邪西毒》，在片中饰演“盲武士”。
1995年主演李志毅执导的《流氓医生》，同年参演越南导演陈英雄的《三轮车夫》，该片获得第52届威尼斯国际电影节金狮奖；1997年梁朝伟主演电影《春光乍泄》并入围法国第50届戛纳国际电影节最佳男主角奖。1998年他凭借《春光乍泄》获得第17届香港电影金像奖及第3届金紫荆奖最佳男主角奖。同年，主演游达志导演的电影《暗花》；此外，他还再度与侯孝贤导演合作，主演电影《海上花》。
2000年他主演王家卫的电影《花样年华》，饰演周慕云一角；该片先后获得法国电影凯撒奖最佳外语片、德国电影劳拉奖最佳外语片、英国电影学院奖最佳外语片提名、意大利电影金像奖最佳外语片提名、澳大利亚电影学院奖最佳外语片提名；梁朝伟凭该片获得了法国第53届戛纳国际电影节最佳男主角奖，并获得第20届香港电影金像奖最佳男主角奖。
2002年在刘伟强、麦兆辉执导的警匪片《无间道》中饰演一名卧底于“黑帮”之中的警察陈永仁，他凭该片获得第22届香港电影金像奖、第40届台湾电影金马奖的最佳男主角奖及第8届香港电影金紫荆奖最佳男主角奖。之后，他还在张艺谋执导的武侠电影《英雄》中饰演一名江湖刺客残剑，该片内地票房达2.5亿元人民币，同时提名奥斯卡金像奖和美国电影金球奖最佳外语片，并获得了多个国内外电影奖项；同年，主演喜剧片《天下无双》。
2003年梁朝伟在香港“尖沙咀星光大道”留下手印；2004年出演王家卫执导的《2046》，获得第24届香港电影金像奖最佳男主角奖及第10届香港电影金紫荆奖最佳男主角奖。2005年，在中国电影表演艺术学会举办的评选活动中，梁朝伟被选为“中国电影百年百位优秀演员”之一，同年梁朝伟在《花样年华》中饰演的“周慕云”被中国电影评论学会评选为“中国电影百年百名经典银幕形象”之一。
2006年出演刘伟强、麦兆辉执导的电影《伤城》，同年梁朝伟被评为国家一级演员。2007年出演李安执导的电影《色·戒》，获得第44届台湾电影金马奖最佳男主角奖和第2届亚洲电影大奖最佳男演员奖；2008年他在吴宇森执导的史诗电影《赤壁》中饰演周瑜一角。
2011年梁朝伟与王家卫合作电影《一代宗师》，饰演咏春拳宗师叶问一角；同年再度与尔冬升导演合作，主演电影《大魔术师》；2012年主演电影《听风者》；2013年因钓鱼岛事件拒演了黑泽清执导的合拍片《1905》；2014年2月，受邀担任第64届柏林国际电影节主竞赛单元评委和颁奖嘉宾。
2014年9月10日，梁朝伟与王菲在香港出席佛教活动，两人更在台上合唱《心经》，梁朝伟表示早前特意找张学友指导练歌。
2015年1月8日，《一代宗师》3D版上映。6月8日梁朝伟获得法国艺术与文学军官勋章。9月25日，广告片丸美《眼》在湖南卫视，浙江卫视，东方卫视，江苏卫视，被四大卫视联合推荐。同年接拍由王家卫监制的电影《摆渡人》。
2016年9月6日-9月8日，和周迅联袂主演的广告片丸美《不怕黑》三部曲在湖南卫视独家首播，连续三晚，深夜12点，三集连播。11月底，梁朝伟确定加盟古装喜剧片《捉妖记2》。12月14日，携手李宇春献唱《摆渡人》岁月版主题曲《十年》。
2017年6月，美国电影艺术与科学学院正式宣布梁朝伟成为“2017年奥斯卡”成员。
2018年6月22日，梁朝伟与泽东电影公司的经理人合约已经结束，刘嘉玲是联系经纪人公司的联络人；同年，获得卓别林电影人士艺术成就奖，亦是首位亚洲电影人获颁这项殊荣。
2019年5月，参演由张立嘉执导的电影《猎狐行动》；7月，确定加盟漫威漫画改编电影《上气与十戒传奇》，饰演片中的大反派、真正的“满大人”（Mandarin）。
梁朝伟与曾华倩相识于1983年，对尚在无线电视艺员训练班中的曾华倩一见钟情，赞她最吸引的地方就是纯真的气质，也合作过多部作品。两人随着在各自事业的发展以及性格的冲突，经过六年间三分三合而有缘无份。他们的恋情于1988年年中第三度分手无法挽回最终结束。
梁朝伟1986年年中拍《倚天屠龙记》时认识黎美娴。戏杀青后，梁朝伟即对黎美娴展开追求。两人于1986年中至1988年间公开交往，拍完《绝代双骄》后便分手。
1988年底，梁朝伟与刘嘉玲彩排舞台剧《花心大丈夫》擦出爱火，开始了长达20年的爱情长跑。2008年7月21日，梁朝伟与刘嘉玲在南亚佛国不丹完婚。
2003年梁朝伟到“卧龙研究中心”终身认养了一只成都的大熊猫。2004年入川拍摄保护大熊猫公益广告。
2004年6月8日，梁朝伟被委任为“香港影视娱乐”大使，并在以后若干年连续担任该活动大使。
2005年梁朝伟参加母亲水窖公益活动，探访兰州山区；在北京参加“大地之爱·母亲水窖”捐赠活动并获封慈善大使。9月23日梁朝伟出席儿童癌病基金活动，筹集善款百万港元。
2006年梁朝伟捐赠嫣然基金18世纪的玉钵，拍得500万。
2008年梁朝伟和刘嘉玲在婚礼上成立TLC慈善基金。该名有两层含义：一是TenderLovingCare代表温馨、关心、关注和关顾；二是梁朝伟（TonyLeung）和刘嘉玲（CarinaLau）的英文名首个字母组合。将婚礼的礼金全部折现，捐入该基金会。为汶川灾区捐款。
2009年梁朝伟作为“香港电影百年”大使，在法国戛纳参加了新闻发布会。
2015年6月8日，梁朝伟接受法国文化及通讯部颁授的“法国艺术与文学军官勋章”，以表彰他在电影艺术领域的杰出成就，梁朝伟也是首位获“军官勋位”的华人男演员。
2016年4月20日，保护国际基金会发布“大自然在说话”新一轮系列公益影片，梁朝伟为影片《冰》中文版（包括粤语版、国语版）配音。
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梁朝伟外形清俊，戏路宽广，无论是严肃文艺还是搞笑喜剧，艺术片或商业武侠片，皆能胜任自如，是香港杰出实力派演员的代表。他外表平静，内心爆烈，很有自信但不喜欢说出来（，是一位天才演员多以干净成熟的形象展现在观众面前，带着一股书生气，略有阴郁之感，在出道的20多年里几乎和负面新闻绝缘，其性格低调内向，不喜交际应酬，曾被圈内人士认为是娱乐圈中的异类。对待工作，梁朝伟一直兢兢业业，保持着严谨的工作作风，是一个外表冷静内心炽热的工作狂，对待每一件事都认真投入。