周冬雨出生于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

2011年2月2日，周冬雨首登央视春晚的舞台，与窦骁演唱歌曲《回家过年》和《小草》，其中开场歌舞《回家过年》在央视官网“我最喜爱的春晚节目”歌舞类中稳居榜首 ；6月10日，友情客串的历史题材片《湘江北去》上映，她在片中饰演毛泽东的第一任妻子革命先烈杨开慧 ；12月22日，主演了由香港导演黄真真执导的爱情电影《倾城之泪》，她在片中饰演罹患骨癌的美丽少女给力妹

2014年4月25日，由其主演的青春爱情电影《同桌的你》公映，她在片中挑战17岁的年龄跨度，饰演文静秀气的转校生周小栀，该片最终内地收获4.56亿票房成绩 [7] ，而周冬雨不但成为首个主演单片票房过4亿的90后女星，更是凭借在片中的表现获得第15届华语电影传媒大奖年度最受瞩目女演员奖

2015年1月16日，主演的侦探动作悬疑电影《暴走神探》上映，她在片中饰演身世贫苦但内心坚强的盲女慧兰 ；4月，年代传奇剧《魔都风云》在上海车墩开机，周冬雨在剧中友情饰演果决霸道的萧瑶 ；5月，为3D动画电影《哆啦a梦：伴我同行》中的成年静香进行中文配音 ；6月19日，在校园青春电影《少年班》中饰演孤僻但极端聪明的少女周兰 [50] ；10月30日，以形象大使的身份在韩国首尔出席中国电影节开幕式

8月9日，其在爱情电影《谎言西西里》中饰演开朗的元气少女小悠，
并凭借该片中的表现获得第8届澳门国际电影节最佳女主角 ；9月5日，主演的谍战剧《麻雀》播出，她在剧中饰演特工机关卧底徐碧城，该剧播出后大结局以收视2.486的收视率刷新年度电视剧单日纪录，而网络总播放量更是突破110亿，刷新谍战剧纪录

而她也成为首位90后金马奖影后 [9-10] ；12月31日，成为CCTV6佳片有约形象推广大使，并出席“CCTV62017中国黄金·电影之夜”

4月27日，主演由陈可辛监制的爱情电影《喜欢你》全国公映，而周冬雨则在该片中饰演创意厨师顾胜男，该电影中国内地票房超2亿，并凭借该电影获得第9届中国电影导演协会年度女演员奖和获得第14届广州大学生电影节最受大学生欢迎的女演员，同时还提名第12届亚洲电影大奖最佳女主角奖

7月22日，以合伙人的身份加盟湖南卫视青春合伙人经营体验节目《中餐厅》，并演唱主题曲《中餐厅》特别版 。11月26日，青年电影创作人员专题学习座谈会在杭州正式启幕，周冬雨受邀出席学习会议，并于27日在第三届中国电影新力量论坛上，针对“昂首新时代，阔步新征程”的主题发表了讲话 。12月15日，主演由徐克担任监制与编剧的古装奇幻电影《奇门遁甲》上映 。同日，周冬雨担任FIRST青年电影展2017年度FIRST短片季评委

4月28日，由周冬雨领衔主演刘若英执导的青春文艺电影《后来的我们》上映，该片中国内地上映五天票房破10亿元，最终内地票房13.6亿元，并凭借该电影获得华语电影传媒大奖最受欢迎演员奖并提名第32届中国电影金鸡奖最佳女主角奖 。6月22日，长春电影节组委会宣布周冬雨与成龙一起担任第14届中国长春电影节形象大使 。12月21日，由周冬雨特别出演的古装动作喜剧电影《武林怪兽》全国上映

1月21日，致敬中华人民共和国成立70周年——1978卓越大奖公布提名名单，周冬雨提名“改革开放40年全国十佳女演员” 。2月4日，在2019年中央广播电视总台春节联欢晚会上，周冬雨与凤凰传奇等表演了歌舞《中国喜事》 。3月15日，出品并特别出演由《钢的琴》导演张猛执导的文艺全胶片电影《阳台上》 。4月，周冬雨担任第九届北京国际电影节“北京展映”单元“国片推介人”，并作为入围影片推荐嘉宾出席开幕式

9月，周冬雨入围美国人民选择奖“最受欢迎亚洲女性” 。10月25日，由《七月与安生》原班制作团队打造、曾国祥执导、周冬雨领衔主演的电影《少年的你》上映，片中其挑战与其个性反差很大的另类角色——饰演女主角陈念，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，该电影中国内地票房破15.5亿元，位居2019中国电影票房总榜第九位，国产电影票房榜第八位，并凭借该电影获得第四届澳门国际影展新华语映像最佳女主角奖

2015年4月22日，周冬雨发表微博承认与男友田明鑫的恋情 。2016年1月10日，周冬雨证实已恢复单身 。周冬雨是一个非常有天赋、非常好的演员