于小彤出生于辽宁省大连市，小时候由于身体不好，父母为了让他强身健体，起初决定让他去学习武术，但又觉得学武术很苦，便选择让他去学舞蹈 。于小彤11岁时，考入了北京舞蹈学院附属中等舞蹈学校，并开始学习芭蕾舞 。
2010年12月，参加安徽卫视“爱传万家欢乐嘉年华”跨年晚会，并与高洋合唱了歌曲《归去来》 。
2012年5月，录制了首支个人单曲《十七岁》 ；8月，参加“唱响中国”明星红歌演唱会，并演唱了《多好啊》、《北京祝福你》等歌曲 ；10月，参加北京卫视“电视剧辉煌30年颁奖晚会”，并演唱了《等你爱我》、《走过花季》等歌曲 。
2013年2月15日，其出演的都市情感剧《劝和小组》首播，在剧中饰演面临高考的高三学生张大川 ；9月28日，其参演的都市情感偶像剧《胜女的代价2》播出，在剧中饰演康杰的朋友李大飞。
2015年，参加浙江卫视音乐养成类励志真人秀节目《青春练习生》的录制 ；同年，与南圭丽搭档主演都市爱情网络剧《SWAN他的秘密》，在剧中担纲男主角，饰演医术高超的整形医师刘贝奇 ；随后，作为固定嘉宾参加四川卫视历史体验真人秀节目《咱们穿越吧》的录制 ；9月，参加北京卫视音乐推理互动节目《歌手是谁》的录制 ；10月，参加东方卫视明星跨界时尚真人秀节目《女神新装》的录制 。
2016年，与张翰、曾志伟、张雅玫联袂主演悬疑推理网络剧《十宗罪》，在剧中饰演心思缜密又细腻、过目不忘又对细节格外注重的特案组组员包斩 ；同年，作为常驻嘉宾参加腾讯视频明星互动真人秀节目《放开我北鼻》的录制 ；12月，作为表演嘉宾参加安徽卫视国剧盛典，并演唱了薛之谦的《演员》 。
2017年，与何润东、张馨予、朱一龙联合主演古装悬疑情感剧《花谢花飞花满天》，在剧中饰演直爽仗义、少年气十足的花家三公子花飞扬 ；7月，参加东方卫视明星旅游体验综艺节目《旅途的花样》的录制 ；同年，参加咪咕视频健身类互动节目《Battle！好身材》的录制 ；10月26日，与陈思诚、张国强、袁泉合作主演的冒险剧《碧海雄心》在山东卫视首播，在剧中饰演性格热情开朗且多才多艺的救捞员丁超 。
2018年5月11日，主演的电影《迷妹“罗”曼史》上映 ；11月，参加腾讯视频体育竞技节目《超新星全运会》 。2019年，参加湖南卫视观察类真人秀节目《我家那小子第二季》 ；同年参加腾讯中国首档角色竞演真人秀《演员请就位》，获得李少红、陈凯歌导演的好评 ；10月12日，参加青春体娱跨界类型节目《超新星全运会第二季》 ，获得男子射箭冠军 。
2020年5月15日，主演的电视剧《长相守》在优酷、爱奇艺和腾讯视频播出 ；7月，参与腾讯视频明星竞技体育赛事第三届《超新星运动会》 。
2021年5月28日，于小彤主演的电影《迷妹罗曼史》播出。
2021年6月，参加明星旅行生活综艺《完美的夏天》第二季。
2021年10月18日，主演科幻现实主义题材的电影《悬古秘藏》开机。
2015年3月，于小彤与比其年长10岁的女演员海陆的恋情曝光 。2018年12月10日，男方工作人员承认两人已经分手 。
2019年3月，于小彤与比其年长5岁的女演员陈小纭的恋情曝光 ；5月，在《我家那小子第二季》节目中，于小彤与陈小纭正式公开恋情 。
2020年8月24日，于小彤、陈小纭在微博发文官宣分手 。
2008年，于小彤在拍摄电视剧《红楼梦》之际，自发组织到西单为地震灾区募集善款 。
2010年6月1日，作为“梦想课堂”的明星志愿者参加“中华慈善总会梦想课堂计划”，并多次去打工子弟小学，以志愿者老师的身份为他们带去文体课程 ；7月，于小彤与高洋参加了扶贫救助仁爱基金举办的“十分钟义工”活动 ；12月，于小彤与杨洋应邀出席了中国扶贫基金会“母婴平安120行动”成立10周年慈善晚宴，并成为该项目的“爱心明星”，与多位明星一起积极参与到救助贫困母婴的行动当中 。
2011年4月，出席在北京举办的“公益中国”明星慈善颁奖晚会，并被授予了“爱心形象大使”称号 。
2019年12月3日，出席第三届“123轻松筹公益盛典”，并获得2019年度公益新锐人物奖 。2020年3月2日，参与演唱的抗“疫”公益歌曲《无名的你》上线 。
于小彤的相貌与众不同，尤其是眉眼，很像清代孙温的画里走出来的古代少年 。于小彤的五官有一种童稚之气，那是一种简单又有古典韵味的活力，其清秀的外表下有一种独立于外的气质 。在电视剧《红楼梦》中，于小彤所塑造的贾宝玉眼神纯净，举手投足之间有一种柔而不媚、纯而不娇的不凡气质，这也与曹雪芹笔下对贾宝玉的描写十分吻合 （李少红、叶锦添、新浪评）。
于小彤是一个演技与颜值并存的演员，他身上洋溢着青春美少年的气息 。在电视剧《娘心计》中，于小彤把铭生对爱情的占有欲表现得非常真实 。在电视剧《亿万继承人》中，于小彤扮演起集团接班人来颇有风范，且霸气十足。换上笔挺的西服，打上领带，身形高挑的于小彤显得风度翩翩，俨然一股总裁范儿 。此外，于小彤不仅有着精湛的演唱功底 ，而且在《旅途的花样》节目中，还用其充满活力的表现为节目增添了不少元气 （网易、腾讯、凤凰网评）。
