出生于陕西西安，1992年毕业于中央戏剧学院表演系本科。曾主演多部话剧，因在《死无葬身之地》的出色表演，而荣获文化部优秀表演奖。曾出演话剧《等待戈多》、《思凡》、《阳台》和《恋爱的犀牛》等，反响强烈，在电影方面，曾主演《永失我爱》，在参演张艺谋的《活着》中也有出色表演。真正令郭涛红遍全国的还是2006年的热门电影《疯狂的石头》，之后郭涛便频繁出现在电视荧屏和大银幕上。 此外，他还曾与演员张子健合作出演搞笑电影《真假英雄兄弟情》。
2007年，在由张杨执导的喜剧片《落叶归根》中客串了养蜂人一角；同年，主演家庭喜剧《人怕出名》，饰演由小编辑变成名人主持，却因无法承受而放弃的楚明 ；12月27日，郭涛与黄渤合作主演的喜剧片《大电影2》上映，饰演充满梦想的摄影师文耀 。
2008年，与葛优、范冰冰合作出演了爱情喜剧片《桃花运》；2月14日，郭涛主演的爱情片《婚礼2008》上映，他在片中饰演老实巴交的婚礼主持人老郭 。
2009年2月4日，郭涛主演的根据贾平凹同名小说改编的喜剧电影《高兴》上映，他在片中饰演充满理想主演又积极乐观的破烂王刘高兴[7] ；同年，客串出演喜剧片《家有喜事2009》[22] 。
2010年3月18日，郭涛主演的由刘镇伟执导的爱情喜剧片《越光宝盒》上映，他在片中饰演神医华佗 ；4月3日，其主演的都市情感剧《大女当嫁》播出，郭涛饰演以婚姻手段为了达到出国目的的“利益男”方泉[ ；10月15日，奇幻动作《魔侠传之唐吉可德》上映，郭涛在片中饰演手无缚鸡之力却心怀天下的唐吉可德 。
2011年4月7日，郭涛主演的惊悚喜剧片《囧探佳人》上映，饰演手无缚鸡之力的文弱书生卡乃吉 ；4月8日，其主演的爱情电影《万有引力》上映，饰演年轻有为的数学家王勇 ；同年，与张嘉译、杜淳合作出演了抗战剧《雪狼谷》，饰演了双面人物钟教授 ；6月23日，郭涛主演的红色谍战剧《弹孔》播出，在剧中饰演足智多谋的红星团团长石破天，这是他首次尝试此类角色 。
2012年4月23日，郭涛与黄渤合作主演的喜剧冒险片《黄金大劫案》上映，在片中饰演一位蓬头散发、功夫高深的“疯爹”金镖十三郎，而郭涛个人则凭借该角色获得第11届中国长春电影节最佳男配角.
2013年，郭涛与儿子石头一同参加湖南卫视亲子互动真人秀节目《爸爸去哪儿第一季》而受到关注；3月12日，其与连奕名合作主演的战争剧《对与决》播出；7月4日，郭涛与刘德华合作主演的爱情动作片《盲探》上映，在片中饰演警察局总督察司徒法宝 。
2014年1月31日，郭涛主演的同名真人秀电影《爸爸去哪儿》上映 ；2月2日，其主演的家庭情感剧《父母爱情》播出，饰演粗中有细、疼妻爱子的海军军官江德福；4月，郭涛担任丹麦鞋履品牌ECCO中国区“风尚行者”代言人 。
2015年5月，郭涛参加了央视真人秀节目《喜乐街第二季》 ；8月27日，郭涛主演的由曹保平执导的犯罪悬疑电影《烈日灼心》上映，他在片中饰演顾全大局、有责任感的出租车司机杨自道，而郭涛个人则凭借该片获得第18届上海电影节最佳男主角 ；11月26日，其主演的由孔笙执导的现实题材剧《温州两家人》播出，郭涛在剧中饰演具有经商天赋、头脑灵活的侯三寿。
2016年2月5日，郭涛主演的都市情感剧《还是夫妻》播出，饰演好男人唐健；同年，郭涛为动作冒险影片《奇幻森林》中文版的熊巴鲁配音。
