王雷生在美丽的海滨城市大连，身为军人后代的父亲也曾行伍，后来成为一个成功的商人。而母亲则曾经是吉林市歌舞团的舞蹈演员。大约遗传了母亲的文艺细胞，王雷从小便对音乐有特殊的敏感。小学里有什么晚会，他都会被推荐去独唱通俗歌曲。2004年，中国音乐家协会举办了一场名为“中国星”的流行音
乐大赛。王雷先拿了北京地区的金奖，又得了全国的第一。
因为如此热爱唱歌，王雷在初中毕业那年，去报考辽宁省艺术学校。考试时，当时身高1.78米的王雷被表演系的老师一眼相中。便与陪同王雷考试的母亲郑重谈话，建议王雷改学表演。可是，只有15岁的王雷还没有决定自己命运的能力。于是，便在母亲的做主下，上了表演专业。可是，王雷遇到了一位叫周敏的表演老师。背台词，喊嗓子。他的专业课在一年级时就已经是班里的第一名。在周老师的鼓励下，王雷毕业后果然来了北京，考中戏、考电影学院，又考上戏。三个学校全部考中。专业课在中戏考了第一名，电影学院考了第五名。而上海戏剧学院虽然不知道明确的分数，但是上戏的老师给王雷来电话，嘱咐他第一志愿一定要报上戏。但他最终在三个学校中选择了中戏。入学后王雷才知道，他考试时朗读的散文《秋天的怀念》被主考老师打了满分。由于王雷考试时的出色表现，一入学他就当上了台词课
代表。曾经在班会上说话脸都会红的王雷，此时在已经学了六年的表演之后，确定了自己的方向，他要当一名话剧演员。
临近毕业时，中戏请了人艺的导演任鸣来给王雷所在的班排练毕业大戏《楼梯的故事》。王雷被选定扮演了戏中的男一号费尔南多。2004年3月，人艺为即将毕业的中戏的学生们举行了一场考试。等待中，王雷接到了任鸣的一个电话，说人艺正在排演法国品特的一个作品《情人》。其中有一个跑龙套的角色，他演的那个人物是个送奶工，在剧中只有四句与女主人公的对话。《情人》公演的过程中，王雷被一部电视电影《别问》请去担任男一号。之后王雷被人艺录取。
2007年参演电视剧《金婚》，出演佟思博。
2010年主演现代谍战剧《天敌》。同年，主演抗日电视剧《永不磨灭的番号》，饰演陈峰。
2011年主演抗日题材电视剧《中国骑兵》，出演角色刘春雷。同年，主演大型现代军旅题材缉毒打黑剧《零号国境线》。主演20集红色青春经典剧《风华正茂》，饰演毛泽东一角。与宋丹丹、范明和李小璐主演都市情感喜剧《金太狼的幸福生活》，饰演金亮一角。
2012年，搭档王媛可主演《战旗》，出演男一号金戈。
2013年主演电影《金太狼的幸福生活》，饰演金亮。同年，搭档曹曦文主演都市剧《因为爱》，饰演男一号陈远。
2014年4月，搭档陈数主演《谈判冤家》，饰演男一号罗铮铮。5月，参与拍摄电视剧《平凡的世界》，饰演男一号孙少安。搭档李小萌主演战争军旅电视剧《十送红军》，在剧中饰演一对烽火恋人贺坚和叶小桃。同年主演怀旧情感剧《幸福在哪里》，饰演男一号向远。7月，搭档车晓主演都市剧《酸甜苦辣小夫妻》，饰演男一号王凯旋。10月，搭档刘涛主演抗日剧《铁在烧》，饰演男一号葛十三。2015，王雷拍摄《怒火英雄》饰演男一号袁帅。
2015年，参演二战题材电视剧《最后一张签证》，王雷饰演的普济州出身外交世家。