一九七四年二月十四日，廖凡在湖南省长沙市出生。他的父亲廖丙炎先生曾担任湖南省话剧团的团长，母亲同样从事表演工作。成长于这样一个充满艺术氛围的家庭环境中，廖凡自幼便对舞台与表演产生了浓厚的兴趣。一九九三年，廖凡顺利考入上海戏剧学院表演系，开始了他的专业学习生涯。求学期间生活颇为艰苦，他曾为了节省开支，一度每天只靠一碗馄饨度日；然而物质上的困难并未消减他对表演艺术的执着追求。当身边许多同班同学早早外出接拍影视作品时，廖凡却选择沉下心来，坚持留在校园里，几乎日复一日地投入话剧排练，扎实锤炼自己的演技。一九九七年，廖凡从上海戏剧学院表演系本科毕业，此后持续在表演领域深耕，如今已成为中国国家话剧院的一名重要演员，持续活跃于话剧与影视舞台之上。
一九九五年，当时仍于上海戏剧学院求学的廖凡，便担纲主演了其个人首部电视剧《北京深秋的故事》，由此正式开启了属于自己的影视艺术生涯。一九九七年，廖凡顺利完成学业，自上海戏剧学院毕业。在随后的数年间，他将主要精力投入于舞台表演的锤炼之中，先后参演了《半生缘》、《恋爱的犀牛》等多部话剧作品，其扎实的舞台功底逐渐获得业内关注；著名导演孟京辉曾特别赞赏他在《半生缘》中的精湛演绎，认为那堪称“中国当代话剧表演最高水平”的代表之一。二零零一年，廖凡主演了电视剧《像雾像雨又像风》，进一步拓展了在荧屏上的表现空间。次年，他涉足大银幕，参演了个人的首部电影作品《天使不寂寞》。二零零四年成为廖凡职业生涯中一个至关重要的转折点：他主演的电影《绿帽子》不仅收获了观众与评论界的认可，更令他凭借出色表现夺得第十八届新加坡国际电影节最佳男演员奖；同年，在电影《好奇害死猫》里，他饰演那位暗恋刘嘉玲的保安“奋斗”，这一角色被影评人形容为“有点儿意思的保安”，其出彩程度甚至被认为超越了主演胡军与刘嘉玲，廖凡也以此获得第七届华语电影传媒大奖最佳男配角提名。这一阶段的成功为他积累了极为宝贵的表演经验，并初步奠定了其在电影领域内的稳固地位。二零零八年，廖凡与导演刘奋斗再度合作，主演了剧情片《一半海水一半火焰》，在片中他塑造了皮条客王耀这一复杂角色，并凭借此次演出提名第四十五届台湾电影金马奖最佳男主角奖。二零零九年，他接连出演了电视剧《生死线》与《谍影重重之上海》。在此之后的几年里，廖凡虽然在多部影视作品中亮相，但饰演的角色多以配角为主，其个人知名度始终未能获得显著提升。二零一零年十一月，他与刘嘉玲合作出演了电影《用心跳》；同年十二月，他在姜文执导的剧情片《让子弹飞》中特别出演，饰演那位有勇有谋的麻匪老三，这一角色将其硬朗、果敢的银幕形象展现得淋漓尽致。二零一一年，廖凡主演了电视剧《风声传奇》；同年，其参演的电影《建党伟业》上映，值得一提的是，在该片拍摄期间廖凡曾连续两次意外坠马，过程颇为惊险。之后的数年，廖凡持续通过尝试各类不同角色来打磨与精进自己的演技：例如在电影《失恋33天》中饰演青年陈老师，在电影《飞越老人院》中诠释一名普通司机，在《十二生肖》里则扮演了一位带有鲜明搞笑气息的集团技术总监，此外还在电视剧《我们这拨人》中与夏雨携手，生动展现了一段发生在富二代与农村厨子之间的另类深厚友情。
2014年3月21日，由刁亦男执导的悬疑电影《白日焰火》正式登陆全国院线，廖凡在片中饰演了一位人生失意的警察张自力。为了能够最大限度地贴近角色状态，他在短短一个月内主动增重二十余斤，通过外形与内心的双重塑造，生动诠释了人物的颓废与执着。最终，廖凡凭借在此片中的精湛演技，成功摘得第64届柏林国际电影节最佳男演员奖的桂冠，成为中国内地首位获此殊荣的柏林影帝。该片上映后市场反响热烈，首周票房便突破3000万元人民币，刷新了当时中国文艺片的首周票房纪录。同年10月，廖凡在电影《北平无战事》中转变形象，饰演了一位学识渊博且满怀爱国热忱的大学教授；到了12月，他又在同期上映的校园爱情片《匆匆那年》中友情客串，出演了一位匆匆路过地下通道的行人。2015年12月10日，由廖凡主演的动作大片《师父》公映，他在片中扮演南派武术宗师陈识。为了精准呈现武术家的气质与身手，他在电影开拍前数月就坚持每天凌晨四点起床进行高强度武术训练。同年，他与汤唯、苏岩共同主演的爱情喜剧电影《命中注定》也与观众见面，廖凡在片中饰演了一位精明又带点诙谐的古董商人冯大理。2017年8月11日，廖凡领衔主演的悬疑动作片《心理罪》上映，他塑造了一位经验丰富、办案老道且重情重义的刑警队长邰伟，给观众留下了深刻印象。2018年7月13日，廖凡再度与导演姜文合作，参演了动作喜剧片《邪不压正》，在片中挑战自我，饰演了名为朱潜龙、堪称“恶贯满盈”的反派角色；同年9月21日，他与赵涛主演的犯罪爱情电影《江湖儿女》上映，廖凡在片中演绎了雄踞一方、命运起伏的江湖浪子斌哥。凭借这一角色，他相继获得了第26届北京大学生电影节最佳男演员奖，以及第10届中国电影导演协会年度男演员奖的双重提名。2019年4月30日，廖凡领衔主演的犯罪剧情片《雪暴》上映，他在片中饰演了一位性格狠戾、行事决绝的劫匪团伙头目；随后在12月6日，于作品《南方车站的聚会》中，他又化身成为一位铁面无私、刚正不阿的刑警大队队长，展现了其角色类型的多样性与可塑性。
二零二零年九月十六日，演员廖凡在悬疑剧集《沉默的真相》中成功塑造了勇敢且富有正义感的专案组副组长严良一角，其精湛的演技获得了业界与观众的广泛认可，并因此荣获第三十二届华鼎奖全国观众最喜爱十佳演员提名。到了二零二二年一月十八日，廖凡再次出现在观众视野中，他在与陈飞宇共同主演的冒险悬疑剧《淘金》里饰演了性格深沉、阅历丰富的武建超，这部剧集的播出为当年的“迷雾剧场”注入了强劲活力，有效提振了剧场年末的人气与口碑，不少观众在观看后纷纷感叹“你永远可以相信廖凡”，足见其表演深入人心；同年，廖凡还参与演出了文献话剧《抗战中的文艺》，在该话剧的影像呈现部分，他生动诠释了文学巨匠巴金的形象。进入二零二三年，廖凡的作品持续与观众见面，其参演的《长沙夜生活》于四月上线，随后在七月，他主演的电视剧《欢颜》也正式播出。二零二四年二月八日，由廖凡领衔主演的现实主义批判喜剧电影《来都来了》在云影院独家上映；四月十九日，他参演的另一部电影作品《抗战中的文艺》登陆院线；六月十六日，又有其出演的电影《阳光俱乐部》与观众见面；同年九月，廖凡参与了《2024海浪电影周》的录制。十一月一日，他特别出演的爱情题材电影《捆绑上天堂》温情上映；十一月七日，由其主演的电视剧《宿敌》开播，廖凡在剧中饰演了角色吴豫。二零二五年一月四日，廖凡参加了《腾讯视频星光大赏》；十月二十五日，他特别出演的电影《阳光俱乐部》正式公映；十一月一日，其参演的电视剧《树影迷宫》播出；十二月六日，廖凡出演的电影《得闲谨制》也如期上映，持续展现其活跃的演艺事业轨迹。
在参与电影《建党伟业》的紧张拍摄过程中，演员廖凡曾接连两次意外从马背上坠落，这两次事故最终造成了他肩部的严重损伤。为了进行有效治疗，他不得不接受微创手术，并在肩部固定了多达十二根钢钉。谈及这段经历，廖凡以轻松的口吻回忆道，第一次坠马时，他尚有余力去担忧自己的面部是否会被擦伤；然而到了第二次坠马，冲击之剧烈直接导致他当场昏厥过去。廖凡后来带着自嘲的语气表示，如果不付出这般拼命的努力，恐怕就无法诠释出角色在年轻岁月里的那股勇猛劲头，在他看来，想要在银幕上展现出帅气与魄力，就必须付出相应的代价。该片的导演沈东在评价廖凡时，则接连用了三个“非常”来表达他的赞赏，他由衷地感叹道：“廖凡真是一位非常认真、非常敬业、也非常了不起的演员。”
2016年1月9日，廖凡父亲廖丙炎因病去世。
在2010年那个寒冷的冬季，演员廖凡通过中央电视台电影频道（CCTV-6）的《光影星播客》栏目公开发声，诚挚地呼吁广大观众关注并支持中国扶贫基金会发起的“爱心包裹”公益项目，希望借此为贫困地区的孩子们送去温暖与关怀。时间来到2012年2月，廖凡再次展现出他的公益热忱，他与知名演员姚晨、冯绍峰等人共同参与了“零钱电影计划”这一公益项目，并进行了慷慨的捐款，他们的善举旨在帮助更多经济条件困难的儿童获得观影机会，让电影艺术的光芒照亮他们的童年。2013年4月2日，正值第六个联合国“世界孤独症日”，廖凡特意为相关公益活动录制了一段充满关怀的视频，他在视频中以一段深情而真挚的诉说，向社会大众发出呼吁，希望人们能更多地理解、接纳并关爱自闭症患者群体。此后，在2025年1月7日，廖凡又跟随北京韩红爱心慈善基金会的团队，紧急奔赴西藏地震灾区参与救援工作，为受灾群众提供了及时且专业的应急医疗援助，以实际行动践行了公益精神。
除了那一圈引人深思的胡须之外，廖凡的面容似乎缺乏当下时代塑造巨星所普遍要求的那些鲜明特质，相反，他的整体外貌与气质中透露出一种内敛而深沉的寂静感。这也难怪，当日前他夺得柏林电影节影帝桂冠的消息传来时，外界几乎一致地用“苦尽甘来”这样的词汇来形容他，仿佛他漫长而扎实的演艺道路上，确实沉积了太多不为人知的坎坷与磨砺。廖凡本质上是一个习惯于细致观察周遭人与事的演员，他凭借敏锐的洞察力，总能捕捉到生活中那些微妙有趣的细节，并发现那些独具魅力的人物。导演冯小刚就曾评价廖凡颇得葛优表演精髓的真传，他指出：“廖凡曾与葛大爷同台演戏，葛大爷深谙如何演绎男主角才能吸引观众，如何让角色变得生动有趣。而廖凡如今继承了他的这份心得，我觉得这很有意思。”对于与廖凡的第三次合作，并且是首次邀请他担纲喜剧主演，冯小刚也给予了极高的赞誉，他补充道：“廖凡内心是蕴藏着幽默感的，这一点此前许多导演并未充分挖掘出来。谁能预料到廖凡也能驾驭这样的喜剧角色呢？他确实是一位不露声色的喜剧天才。”无论从个人取得的演艺成就，还是从日常的生活态度来看，廖凡都展现出一种低调、平实且专注享受过程的独特魅力。他取得了成绩却不骄不躁，对待每一个角色都全情投入、认真钻研，而在个人生活领域却始终保持隐形般的低调作风。他常常会淡然地说：“我只是一个正常普通的普通人。”这种反差恰恰构成了他作为演员的深邃与真实。