王同辉从小就被父亲“勒令”画画。1990年和1991年先后两次报考北京电影学院美术系失败。1991年考入西安美术学院油画专业。1995年本科毕业,王同辉被分配到西北大学美术系任教。但王同辉并不满足,他怕过那种朝九晚五的生活,也怕自己资历尚浅误人子弟。一番思量后,王同辉决定做个自由人。偶然机会拍摄西服广告,王同辉爱上了表演。之后王同辉报考过陕西电视台主持人,也读过中国传媒大学研修班以及北京电影学院表演班。1995年和1996年考研,再次报考北京电影学院美术系失败。1997年到1999年又先后三年报考北京电影学院表演系。1997年,王同辉复习考研,沈好放拍《二马》找到他,他放弃考研来北京做前期准备,最终入选。1998年,边拍《张大民》边备战考研。1999年,王同辉终于考研成功,进入北京电影学院表演系。
王同辉电视剧照1997年,首次主演由沈好放执导的,根据老舍小说改编的电视剧《二马》,与陈道明饰演父子老马和小马。1998年,出演沈好放执导的电视剧《贫嘴张大民的幸福生活》,饰演张大民的五弟张大国,被观众熟知。1999年,主演沈好放执导的年代剧《九九归一》,饰演东家少爷郑奉时,年龄跨度长达60多年。2000年,参演历史题材剧《孙中山》,饰演孙科。2002年4月,参演刑侦悬疑剧《血玲珑》,饰演医生魏晓日。6月,与剧雪合作年代情感剧《亲情树》,饰演田风。12月,联合吕良伟,颜丹晨主演中国版“基督山伯爵”《金手指》,饰演反一号费永嘉。2004年,搭档鲍国安,吴晓敏主演反特题材剧《如此多娇》,饰演云海东。2005年,参演都市情感剧《别问我是谁》,饰演扶危救贫,极富正义感的记者于家驹。2006年7月,与王学兵,梁静,殷桃主演怀旧情感剧《桃花灿烂》,饰演自信又自卑的单恋者朱亦文。11月,主演惊悚悬疑剧《怪罪》,饰演患有严重精神分裂,具有双重性格的律师徐磊。2007年4月,搭档陈宝国,梅婷主演电视剧《女人泪》,饰演正义的银行界精英郑可玉,与陈宝国上演40年代“无间道”。6月,与李琳领衔主演石钟山编剧的知青题材剧《红颜的岁月》,饰演痴情知青何志诚。10月,搭档刘蓓主演女性悲情剧《围屋里的桃花》,饰演红军指挥官周行疆。2008年2月,参演家庭伦理剧《家有公婆》,饰演遭遇欠债,坠海,流亡一系列坎坷的高一飞。4月,与陈小艺,冯远征合作情感悬疑剧《婚变》,饰演设计拆散他人婚姻,谋夺财产的韩军。6月,主演抗震救灾题材电影《前方后方》,饰演海军军医靳刚。2009年4月,搭档陈小艺合作女性励志剧《漂亮女人》,饰演极品好男人肖易轩。7月,参演侦探悬疑剧《侦探小说》,饰演神勇探长俞笑舟。12月,与焦恩俊,孙菲菲合作战争情感剧《等到胜利那一天》,饰演汉奸沈子鹤。2010年5月,参演检察官题材剧《正义的重量》,饰演检察官陈雷。11月,与万梓良,赵文卓合作古装武侠探案剧《七侠五义人间道》,饰演“锦毛鼠”白玉堂。2011年6月,参演革命史诗大片《国家命运》,饰演科学家钱三强。10月,搭档曹颖,齐欢主演知青情感剧《最爱·你》,饰演回城知青陆远。2012年,与陈宝国,李小冉联袂主演史诗剧《大河儿女》,饰演野心家,钧瓷商人邓绍光。2013年5月,参演当代军旅题材剧《亚丁湾的月亮》,饰演海军战舰政委肖伟国。7月,搭档杨明娜出演都市时尚情感剧《爱的多米诺》,饰演谢家二女婿,大学教授汪国庆。2014年11月,与冯雷,刘威葳等合作电视剧《真实的幸福》。2016年6月,与陈学冬,欧阳娜娜,邬君梅,汪铎合作电视剧《是！尚先生》,饰演《先生》杂志主编韩风。同年,在热播的电视剧《解密》中饰演破译处科长“刘一平”一角。2020年4月,主演经侦题材电视剧《猎狐》；12月27日,出演的重大革命历史题材剧《跨过鸭绿江》在CCTV-1黄金时间首播。2021年4月25日,参演电视剧《风暴舞》播出。6月25日,参演由高希希导演执导的电视剧《大决战》播出,饰演鲁锐；9月30日,参演的抗美援朝电影《长津湖》上映；12月15日,在电视剧《雪中悍刀行》中饰演曹长卿。2022年1月18日,参演的悬疑冒险剧《淘金》播出,饰演老歪；5月28日,主演的市“警”百态生活剧《警察荣誉》播出；7月20日起,主演的电视剧《警察荣誉》定档北京卫视；12月16日,主演的电视剧《护卫者》播出。2023年2月3日,主演《显微镜下的大明之丝绢案》；2月16日,主演的电视剧《执行局》杀青并官宣阵容；3月11日,参演的电视剧《不可告人》开机；7月16日,参演电视剧《父亲的草原母亲的河》播出。《舰在亚丁湾》《爱的多米诺》《大河儿女》《正义的重量》《最爱·你》《国家命运》《七侠五义人间道》《等到胜利那一天》《侦探小说》《漂亮女人》《婚变》《家有公婆》
王同辉和妻子管琴王同辉的妻子叫管琴,二人育有一子。
2010年4月23日,参加“书香北京-文化盛典——21世纪10年影响中国图书榜”揭榜颁奖晚会,领衔朗诵俄国著名文学家高尔基的《海燕》片段。4月25日,参加2010北京国际车展主办方与旅游卫视合作的“明星与车互动——畅聊环保低碳新生活”活动,号召大家能一起加入公益人的队伍中,在生活的点点滴滴中做到尽可能的环保,节能。
王同辉写真凭借《贫嘴张大民的幸福生活》中“大国”深入人心的王同辉,虽然是一个自信又自卑,可悲又可怜的男人,但也凭借此片深入人心。之后王同辉让我们看到了《红颜的岁月》那个无私奉献,最后凭借着双手成为了青年企业家的何志诚；《桃花灿烂》里内心极度扭曲的朱亦文；《怪罪》里的徐磊无论是情感,事业家庭还是道德,都经受了重重考验的好男人。在《女人泪》和《谍战古山塘》中王同辉和著名演员陈宝国两度合作,既塑造了充满正义的职员,还演绎了从贪玩到觉醒的纨绔子弟,王同辉的表演都受到了观众广泛好评。和同辉多次的合作,尤其是《婚变》他把那个恶毒的问题男人诠释的无懈可击,让我们感觉他不仅仅是在表演,而是在用灵魂和我们对垒。王同辉演起戏来不做作,自然流畅,并且很有自己的见解和想法,这对一个演员来说很是难得。