马天宇出生于山东省德州市的武城县，5岁时的中秋之夜母亲因病去世，从此他再没过过中秋节。父亲也因负债远走他乡，他和两个姐姐跟着年迈的爷爷奶奶生活。为了生计不到16岁的他就担负起养家糊口的重担北漂去打工。在酒吧当服务生时结识了一群“离这个圈子比较近的人”，他们告诉马天宇应该去当演员，考北京电影学院。尚没找到自己人生和职业方向的他接受了朋友这个建议。但因为他胆子极小，又最不喜欢考试的氛围。为了练胆子，在朋友陪伴下报名了《加油！好男儿》[11-12] 。
2007年1月29日，发行第一张唱片《宇光十色》，收录10首风格清新但各具特色的歌曲，并且赋予了每首歌一种不同的颜色 ；该专辑在内地唱片销量排行榜上名列前茅，拿下了16省市内地歌手唱片销量的冠军，并获得亚太音乐榜唱片中国大陆地区销量冠军 ；其中主打歌《该死的温柔》获得第五届东南劲爆音乐榜劲爆十大金曲、2007百度娱乐沸点年度颁奖礼十大金曲、最热门MV奖、2007网络十大金曲冠军等奖项[16-18] ，并入选日本汉语教材《通过唱歌记住中国话》 ；5月25日，凭借专辑《宇光十色》在“中国原创音乐总评榜”中一举夺得“内地最具潜质新人”和“内地新人唱片最佳销量”两项大奖 ；7月5日，获得第一届时尚风云榜颁奖盛典“十大时尚偶像”奖 ；7月12日，发行单曲《快乐童话》 ；11月10日，出席第五届“东南劲爆音乐榜”颁奖典礼，并获得“内地最受欢迎男歌手”奖 ；11月11日，在无锡“七彩金曲排行榜”再次获得“内地最受欢迎男歌手”奖 ；12月17日，获得第11届腾讯网星光大典“内地年度最受欢迎男歌手”奖 。
2009年1月，发行单曲《夜上海》 ；3月6日，参演由痞子蔡同名小说改编的电影《夜玫瑰》在中国大陆上映，在片中饰演Web2.0时代的时尚宠儿蓝和彦，这也是他的银幕处女作 ；4月9日，主演古装电视剧《黛玉传》，在剧中扮演宝二爷贾宝玉，该剧于2010年9月29日首播[4-5] ；10月，携歌曲《该死的温柔》入选记录了新中国60年优秀经典歌曲的音乐纪录片《岁月留声·中国唱片60年见证》 。
2010年6月4日，主演的悬疑惊悚电影《异度公寓》上映，在影片中饰演梅子的忠实粉丝孟一凡 ；11月30日，发行EP《自言自宇》，共收录5首歌曲，该EP是一向以柔情歌曲著称的马天宇的转型之作 。
2012年1月，参演青春励志剧《浪漫满厨》，饰演内向沉默的米青，并与魏佳庆合唱该剧主题曲《思念在右手的左边》；6月，主演的都市偶像剧《宝贝妈妈宝贝女》在湖南卫视首播，并于6月15日大结局时期夺得全国卫视黄金时段电视剧收视冠军，他在剧中饰演男主角“腹黑男”章汉哲 ；7月，参演古装奇幻武侠片《轩辕剑之天之痕》，饰演隋朝西王吕承志 。
2013年1月，在古装悬疑剧《唐朝浪漫英雄》中客串出演大唐武功第一侍卫男飞鹰 ；6月9日，主演喜剧电影《百万爱情宝贝》上映，在影片中饰演“网游达人”叶葱，凭借该片获得第四届乐视盛典“年度电影最具潜力男演员奖” ；6月28日，参演的古装悬疑剧《辣妈俏爸》在，他在剧中饰演单纯真诚的菜鸟捕快袁志大 ；7月，在古装喜剧《龙门镖局》中客串出演非常自恋的杀手龚磬冬 ；12月21日，发行了第四张个人专辑《世界之外》，也是马天宇首次改变自己标志性的温柔曲风，以轻摇滚风格演绎歌曲[40-41] 。
2018年1月18日，其主演的警匪题材电影《英雄本色2018》在中国大陆上映，在影片中饰演正义又执着的警察周超[70-71] ；3月27日，三国题材权谋古装剧《三国机密之潜龙在渊》在腾讯视频上线，马天宇在剧中饰演汉献帝刘协和弟弟刘平[72-73] 。7月，出演科幻情感剧《完美芯机人》，饰演男主角李遥 。9月17日，电视剧《凉生，我们可不可以不忧伤》播出，马天宇饰演凉生，并演唱片尾曲《生生不息》 。
2019年6月18日，马天宇与姐姐马莉莉一同参加的国内首档手足观察类节目《我们长大了》在腾讯视频正式上线，他作为成长观察团成员对孩子们进行无干预的观察和分析 。7月1日，电视剧《流淌的美好时光》首播，饰演男主角齐铭 ；8月29日，《我的莫格利男孩》开播，饰演男主莫格利；10月，作为候选合伙人参加综艺《亲爱的·客栈第三季》。
2020年3月，参与浙江卫视综艺节目《王牌对王牌第五季》，担任“颜值搭档”成员 ；7月，马天宇参与拍摄电视剧《最美逆行者》 ，于9月17日开播 ；10月1日，参加“2020国庆献礼·湖南卫视蓝月亮中秋之夜” ；11月17日，主演的时代报告剧《石头开花》播出，在剧中饰演了戴志强 。2021年2月19日，与戚薇主演的都市科幻剧《你好，安怡》播出，在剧中饰演李遥[82-83] 。
2021年2月9日，与Angelababy合作主演的网剧《尘缘》宣布在横店杀青 ；6月19日，其作为飞行嘉宾出演的明星旅行生活综艺《完美的夏天第二季》播出 ；7月1日，参演的电影《1921》上映，在剧中饰演李仙根[171-172] 。
2006年11月20日，马天宇参加北京市延庆县张山营“97.4音乐希望小学”落成典礼，并参与捐赠乐器、学习用品及资金。
2008年3月28日，参与《梦想中国》慈善公益演唱会演出 。5月，为汶川地震捐款3万，参与公益赈灾歌曲《相信爱》的录制，并亲自到地震灾区德阳二中慰问义演 。11月，参与“2008MusicRadio我要上学”爱心助学活动 。12月13日，作为明星代表参与时尚杂志《嘉人》举办的2008香烛计划的“点亮仪式”，与主办方共同点亮了象征着爱与梦想的烛光，并展示了自己设计的慈善香烛 。
2010年，参加2010MusicRadio音乐之声“我要上学助学行动”大连站的活动，这是马天宇连续第三年参加该活动；11月15日，去到藏区小学，为那里的学生送去了书包和文具；11月27日，参加由中国妇女发展基金会、全国妇联人才开发培训中心主办的“中国女性智慧论坛”慈善晚会，捐出自己的心爱之物为中国妇女慈善事业贡献力量。
2011年1月14日，参加某节目时，捐赠了自己心爱的收藏品进行慈善拍卖，所得全部捐献给中国红十字基金会，用来帮助需要帮助的小朋友；1月22日，为登封一所希望小学募得爱心物品8万余元，并筹款为孩子们修缮了破漏的教室；1月28日，被河南省希望工程办主任授予了“温暖冬天·希望工程爱心大动员”活动爱心大使聘书，正式开启温暖行动 ；7月12日，在生日当天以“一本书，一份爱”为口号带领粉丝在北京某图书大厦举行图书义卖活动，义卖书款全部捐至西藏小学用于孩子们的学习生活 ；16日，参与Music88.7小桔灯爱心读书行动，为济南边远山区的学校捐赠爱心图书 。
2013年8月，参与由“中国轮椅天使公益项目”发起的千台免费轮椅爱心发放活动，并提供了一件亲笔签名宣传服进行网络义卖 。
2014年5月，参与为边远山区的小朋友捐赠图书的慈善活动“22厘米因爱而美丽”，并担任慈善大使 ；9月，拍摄《风尚志》“天使的微笑”公益慈善宣传片。
2015年1月12日，在微博许下公益心愿，号召大家为贫困地区的孩子捐助午餐，能让孩子们吃饱饭；4月17日，作为第五届全国大学生“绿植领养”活动大使，号召大家一起领养绿色植物；4月23日，被世界卫生组织特别邀请为“控烟大使”，与潘石屹等一起参与世卫组织驻华代表处在北京启动的名为“你有控吗”的控烟活动，推广无烟环境 ；5月5日，为2015腾讯益行家古长城公益挑战赛助威；8月31日，马天宇及其工作室联合搜狗网址导航发起“宇梦童行”公益活动，到甘肃省会宁县新添乡石沟小学支教一天，并为孩子们带去学习生活所需物资，同时还送上了互联网知识普及课，此次公益活动也是搜狗网址导航在马天宇摘得搜狗网址导航第三季“人气王”桂冠后，为其打造的与众不同的“专属见面会”[141-142] ；9月16日，参与“为爱乐跑”2015明星慈善跑活动，将慈善与“跑步”结合，号召大家迈开步伐挥洒汗水，为山区孩子的跑步装备而战 。
2017年2月28日，参与由联合国环境署、国际爱护动物基金会和大自然保护协会TNC联合发起的“关爱保护野生动植物”的公益倡导活动；7月12日，受邀担任由搜狗浏览器和BTV联合举办的“你读一首诗，我送一本书”公益活动推广大使。10月，奔赴云南省昆明市红河州元阳县马街乡鸠妈小学，参加搜狗“宇梦童行”爱心公益活动，为孩子们带去了物质援助，还扮演起了人民教师的角色，给孩子们上起了课，这是马天宇连续第三年参加搜狗“宇梦童行”公益活动 。
2018年2月8日，马天宇携手中国扶贫基金会，担任“爱加餐”公益活动爱心宣传大使，呼吁更多的公众关注和支持贫困地区儿童的营养改善。4月7日，马天宇带着工作人员到某孤儿院做了一天义工 。4月25日，荣获第15届中国慈善榜“年度慈善明星”奖 。
2021年7月，向河南暴雨灾区捐款50万元 。
马天宇及其工作室联合搜狗网址导航长期公益项目
成名之前的坎坷和奋斗，是精彩的励志故事，不过难能可贵的是，在人生升华之后这一切并没有用来邀买人心，而是只沉淀在他的骨子里，让他更清晰的悟到工作和生活的本质，他身上的每一个细节之处都透露出他对事业的执着与努力[160-161] 。他在演唱和表演上都有着很高的领悟力 。（《时尚新娘》杂志、腾讯、新浪、网易评）
马天宇气质温润而暗藏锋芒，曾多次在一部剧中一人饰演多个角色，将性格迥异的人物诠释得非常到位，让观众能够真切的感受到他饰演的不同角色间的差异与魅力 。他非常擅长用眼神和微表情感染观众，演技如行云流水，润物无声，不浮夸也不故作深沉，看着就是舒服。（网易、新浪评）
马天宇内心有观众无法通过荧屏察觉的成熟一面 ，他把内心里最柔软的部分留给了亲情，坎坷的人生经历给了他更细腻的情感，和不愿辜负的初心 。他是一个特别懂礼貌的人，常常主动帮助别人，对周围的朋友关爱有加、体贴照顾，而且懂得回报，还一直乐于奔走于公益事业之中[165-166] 。（网易、搜狐评）
他真的很懂事，IQ和EQ都很高，做事方法会收敛，懂拿捏分寸，也许是因为他经历过逆境，知道自己想要什么，我觉得他可以走的比较长久，可塑性比较强 。（鞠觉亮评）他是很简单的演员，但非常用功，你看他没有想太多，其实做了很充分的准备。他平时看起来挺温顺的，但关键时刻很有“男友力”[168-169] 。（张萌评）他是一个眼神天真的大男孩，心思细腻，很有英国绅士风度 。（林志玲评）
