因為如此熱愛唱歌，王雷在國中畢業那年，去報考遼寧省藝術學校。考試時，當時身高1.78米的王雷被表演系的老師一眼相中。便與陪同王雷考試的母親鄭重談話，建議王雷改學表演。可是，只有15歲的王雷還沒有決定自己命運的能力。於是，便在母親的做主下，上了表演專業。可是，王雷遇到了一位叫周敏的表演老師。背台詞，喊嗓子。他的專業課在一年級時就已經是班裡的第一名。在周老師的鼓勵下，王雷畢業後果然來了北京，考中戲、考電影學院，又考上戲。三個學校全部考中。專業課在中戲考了第一名，電影學院考了第五名。而上海戲劇學院雖然不知道明確的分數，但是上戲的老師給王雷來電話，囑咐他第一志願一定要報上戲。但他最終在三個學校中選擇了中戲。入學後王雷才知道，他考試時朗讀的散文《秋天的懷念》被主考老師打了滿分。由於王雷考試時的出色表現，一入學他就當上了台詞課代表。曾經在班會上說話臉都會紅的王雷，此時在已經學了六年的表演之後，確定了自己的方向，他要當一名話劇演員。

臨近畢業時，中戲請了人藝的導演任鳴來給王雷所在的班排練畢業大戲《樓梯的故事》。王雷被選定扮演了戲中的男一號費爾南多。2004年3月，人藝為即將畢業的中戲的學生們舉行了一場考試。等待中，王雷接到了任鳴的一個電話，說人藝正在排演法國品特的一個作品《情人》。其中有一個跑龍套的角色，他演的那個人物是個送奶工，在劇中只有四句與女主人公的對話。《情人》公演的過程中，王雷被一部電視電影《別問》請去擔任男一號。之後王雷被人藝錄取。

2007年參演電視劇《金婚》，出演角色佟思博 。

2010年主演現代諜戰劇《天敵》。

2011年主演抗日題材電視劇《中國騎兵》，出演角色劉春雷 。主演大型現代軍旅題材緝毒打黑劇《零號國境線》。6月12日，王雷主演20集紅色青春經典劇《風華正茂》舉行首播儀式，劇中飾演毛澤東 一角。

2013年由王雷、宋丹丹、范明和李小璐主演電影《金太狼的幸福生活》，出演角色金亮。

2014年5月，參與拍攝電視劇《平凡的世界》，王雷在劇中飾演男一號孫少安。搭檔李小萌主演戰爭軍旅電視劇《十送紅軍》，在劇中飾演一對烽火戀人賀堅和葉小桃。同年主演懷舊情感劇《幸福在哪裡》。

李小萌早前在王雷主演的電視劇《金太狼的幸福生活》熱播時，李小萌就曾經為男友王雷首次擔綱演唱的電視劇主題曲《好男人的秘密武器》MV中助陣。兩人因戲結緣，經歷了7年的愛情長跑。

2013年7月5日，王雷在女友李小萌的畢業典禮上求婚成功，首映式上，王雷和李小萌透露兩人將於10月完婚。