周一围是湖南人，9岁那年父母调到北京工作，他作为随军家属也跟着到了北京。虽然父母都是军人，但他从小是在一个宽松自由的环境下长大的。高三的寒假，他在上了北京电影学院的考前培训班后，便决定毕业报考艺术类院校。
大学毕业后，周一围经历了近两年“学无致用”的低迷期。2002年的秋天到2003年的春天，只要在北京拍摄的剧组，周一围几乎都去过，但一个都没成。为了生活，那两年他啥都干，当过摄影推过轨、录过音举过杆，还做过主持，给人家企业做小品，配音的配个群杂。
2003年的秋天，周一围回到北京电影学院当了助教老师。
2004年10月，出演作家海岩的监狱题材剧《阳光像花一样绽放》，饰男一号刘川 。
2006年6月，在主演的情感剧《谢谢你曾经爱过我》中饰侯志杰 ；周一围在都市爱情伦理片《真情无限之继母》中的李大宇 。
2007年1月22日，在北京保利剧院落幕的“2006娱乐大典”上，周一围获得了“电视剧年度最佳新人奖” ；5月，与杨若兮、修宗迪领衔主演国内第一部全面反映楼市商战的《楼王之谜》，饰演具有双重性格的复仇者童瞳 ；9月，周一围在描写上个世纪80年代那一段青葱岁月的怀旧故事《空巷子》中饰热忱自信的陈大明。
2010年7月，与林心如、李依晓共同参演都市情感剧《独家披露》，饰祝五一 ；8月，出演建党90周年献礼影片《建党伟业》，饰爱新觉罗·载沣 ；9月，参与穆德远执导的红色献礼剧《中国1921》的拍摄，饰邵飘萍 ；11月，周一围在建党九十周年献礼影片《湘江北去》中出演学者胡适 ；同年，周一围主演公益电影《盲人电影院》，扮演了刚毕业的大学生陈语 。
2011年2月，参演林心如工作室出品的古装宫廷戏《倾世皇妃》，周一围饰演柴荣王子 ；5月，搭档杨若兮、杨童舒联袂主演兵团情感戏《像兄妹一样手拉手》，饰演宣传干事贾正军 ；6月，参演了辛亥革命一百周年献礼影片《第一大总统》，在该片中挑战“革命反派”陈炯明 ；10月，拍摄了由刘伟强导演、陈可辛监制的武侠电影《血滴子》，饰杀手布喀 ；11月，客串都市励志剧《囧人的幸福生活》，周一围饰文杰 ；12月，拍摄以民国时期枣庄煤矿为基本背景的历史剧《独有英雄》，塑造了从角儿向实业救国的企业家蜕变的马玉郎 。
2013年2月，主演了李云亮执导的改编自网络军事作品的《遍地狼烟》，周一围饰中衫正 ；6月，在路阳执导的浪漫武侠电影《绣春刀》，周一围饰丁修 ；同年，与张铎、朱丹、黄小蕾共同出演内地首部律政作品《金牌律师》，周一围饰演的“痞子律师”苏东 。在电视剧《红色》中饰演小巡捕“铁林”。
2015年1月，主演傅东育执导的历史传奇剧《少林问道》，饰演总督之子程闻道 。
2016年，参演由曹盾执导的东方魔幻史诗巨制《九州·海上牧云记》，饰演硕风和叶 。
2016年12月，参演的电影《你好，疯子》 和电影《少年》 上映。
2017年6月16日，其主演的影片《我不是药神》举行关机发布会 ；7月，拍摄根据付遥同名小说改编的国内首部互联网创业题材电视剧《创业时代》，饰演另一位创业者罗维 ，18日，拍摄原创文化探秘节目《七十二层奇楼》 。2017年参演电影《鲛珠传》，饰演郡王 ；同年参演电影《建军大业》，饰演南昌守备团团长陈峰 ；2017年10月，参加浙江卫视《演员的诞生》，摘得年度总冠军 。2017年11月11日，由周一围等人主演的马伯庸小说改编电视剧《长安十二时辰》在象山影视城宣布开机 。
2018年5月，由周一围监制的短片《妈妈都是胆小鬼》上映 ；19日，参加《快乐大本营》节目录制 。
2018年9月，受邀参加2018年中央广播电视总台中秋晚会 。同年，作为故宫文创新品开发员参加北京卫视文化创新类真人秀节目《上新了·故宫》 。
2019年2月4日，2019年中央广播电视总台春节联欢晚会，周一围与闫妮、吴海龙、张维威、沈月、李栋、李佳旭表演小品《办公室的故事》。 8月30日，周一围与舒淇主演的电影《痞子爱人》在成都开机。 9月，录制场景式读书节目《一本好书第二季》 。
2020年8月3日应邀出席了在西宁举行的第14届FIRST青年电影展 ；9月28日，与秦海璐、张智霖等主演的电影《扫黑行动》开机 。12月，在上海上音歌剧院主演影音剧《芯上人》，扮演一名想要改变人类命运的科学家 ；11月24日，周一围、袁姗姗、曹曦文、迟嘉等演员领衔主演的都市悬疑网剧《焕脸》播出，在剧中饰演落魄医生潘启文 ；12月24日，主演的抗日谍战剧《风声》在北京卫视播出，在剧中饰演龙川肥原 。
“百年正青春”晚会宣传照
2014年2月14日，两人又推出了情人节情侣写真，身着牛仔情侣装的两个人，举止投足间都留着幸福的味道 。
2017年，朱丹与相爱四年的周一围领证结婚，并确认怀孕。 9月28日，朱丹在微博晒出一张婴儿小脚丫照，宣布女儿降生。
2020年12月14日，朱丹在社交平台分享了一张吸奶器以及母乳的照片，宣布二胎出生，并且透露二胎是个“臭小子” 。
2007年07月25日，参加由红十字基金会联合多家媒体在北京保利大厦支持举办的“红十字天使计划——天使回声基金”的启动仪式 ；11月，参加光影星播客温暖基金扶贫慈善夜”大型公益晚会“ ；11月29日，参加中国红十字基金会“天使阳光--贫困先心病儿童救治行动”的公益活动，被红基会授予“天使阳光行动爱心天使”称号 。
2021年7月，周一围夫妇向河南暴雨灾区捐款100万元 。
在拍摄《回到爱开始的地方》时，周一围是个非常懂得照顾演员，懂得演员的需要这么一类人，他会在对戏时知道动作什么样的动作、台词和节奏可以让这场戏更容易传达出惊悚之外，也让对戏的演员好接，不那么尴尬 。（网易娱乐评）
周一围在演艺圈中，荧屏内外，都是正统的“非主流”，低调内敛，潜心钻研，勤于思考，有着从老一辈艺术家传承下来的务实和进取 。（搜狐娱乐评）
周一围就是这样一个没有娱乐精神，却热爱表演，用心塑造角色，一个哲人式的演员 。（腾讯网评）
2019年1月20日，其妻子朱丹在微博为周一围发声，称先生被列为渣男不能忍，并表示周一围不爱在微博分享她，是他的处事习惯。因周一围对饮食有自己的坚持，生活中大家总以打破他的禁忌为乐，其助理持续安利奶茶好喝才有了上次周一围喝奶茶吐珍珠事件，“如果这么简单的事都要上纲上线甚至摊上出轨，那就请管好自己的老公，别连和女生走路都不行。”有网友在该微博下评论“爱得太卑微，没好下场”，朱丹回复道“我卑微不轮到你判断，过好你的日子。”但发出后没多久，朱丹就删除了该条微博。
