小泉孝太郎出生于日本神奈川县横须贺市。他喜欢运动，小时候父亲有时一整天都陪他做投接球练习。初高中时，他是学校棒球部的成员。2000年春天，小泉孝太郎瞒着父亲，偷偷参加了由石原艺人经纪公司主办的“寻找21世纪的石原裕次郎”新星选拔活动，但在半决赛中被淘汰 。
2003年7月7日，其参演的爱情剧《只属于我的女神》播出；7月19日，与织田裕二、深津绘里、水野美纪共同出演的喜剧电影《跳跃大搜查线2：封锁彩虹桥》上映，在片中饰演负责监视系统的技术搜查官小池茂，这是他的首部电影作品 。
2005年5月7日，其参演的悬疑电影《交涉人：真下正义》上映；7月4日，与妻夫木聪、深津绘里共同出演的爱情剧《慢波舞》播出；9月3日，与细川茂树、栩原乐人、涉江让二共同参演的特摄电影《假面骑士响鬼：与七人之战鬼》上映；9月24日，与白石美帆、要润共同出演的电视剧《东京奇妙之旅》开播。
2006年4月18日，与上户彩、锦户亮、相武纱季共同出演的励志喜剧《甜心空姐》播出，在剧中饰演机师训练生堤修介；7月6日，与米仓凉子、松下由树、石田纯一共同参演的情感剧《不忠时刻》播出，在剧中饰演人气书法家近藤庆；8月26日，其参演的剧情电影《乌冬》（又名《乌冬厨神》）上映 ；12月27日，其主演的悬疑剧《波之塔》播出。
2007年1月10日，与筱原凉子、加藤爱共同出演的励志剧《派遣员的品格》播出，在剧中饰演性格温吞的里中贤介 ；4月，与石原里美、田口淳之介合作出演的情感剧《新娘与爸爸》播出，在剧中饰演服装公司广告宣传部的负责人鸣海骏 ；10月26日，与高桥克典、国仲凉子合作出演的家庭剧《非常老爸》播出，在剧中饰演矢野笃长女凛子的班主任丸山洋介 。
2008年4月19日，与仲间由纪惠、生瀬胜久、宇津井健共同出演的情感喜剧《极道鲜师3》播出，在剧中饰演赤铜学院的校医夏目诚一；同年，担任朝日电视台体育专题节目《热斗甲子园》的旁白工作。
2010年7月1日，其主演的校园喜剧《秘密关系~老师是同居人~》播出，在剧中饰演高中老师直树 ；7月3日，与织田裕二、深津绘里共同出演的动作电影《跳跃大搜查线3：开释罪犯》上映 ；7月9日，其参演的电视剧《悬崖边的绘里》播出 ；9月5日，其出演的医疗剧《外科医生须磨久善》播出；12月11~13日，小泉孝太郎与东京电视台女主播大桥未步一同担任在东京电视台体育赛事《柔道冠军赛东京2010》的主持人。
2011年1月21日，其参演的刑侦剧《恶党~重犯罪搜查班》播出，在剧中饰演刑事科第四裔系长里中启一郎 ；10月11日，与米仓凉子、谷原章介、桐谷美玲共同出演的悬疑剧《HUNTER～那些赚奖金的女人们》播出，在剧中饰演警视厅搜查一课的刑警寺岛吾郎 。
2012年4月12日，与天海祐希、石田百合子、大岛优子共同参演的音乐励志剧《青蛙公主》播出，在剧中饰演忠子的丈夫井坂哲郎 ；3月16日，与佐佐木希、梅泽富美男、多岐川裕美共同出演的爱情剧《奢侈的爱情会降临吗》播出 ；10月21日，其参演的悬疑剧《独静加》播出。
2013年1月6日，其参演的大河剧《八重之樱》播出，在剧中饰演幕府最后的将军（第15代）德川庆喜 ；1月10日，与宫川大辅共同出演的电视剧《除恶帮阵八》首播；7月8日，主演的TBS电视台夏季剧《无名之毒》开播，在剧中饰演主人公杉村三郎 ，凭借该剧入围第78届日剧学院赏最佳男主角奖 ；10月11日，与船越英一郎、中山忍共同参演的电视剧《刑事吉永诚一泪之事件簿》播出。
《傲骨贤妻》
2015年7月9日，其参演的电视剧《年龄歧视》播出 ；7月12日，主演WOWOW电视台电视剧《死之脏器》播出，在剧中担纲男主角，饰演记者沼崎恭太，这是他首次挑战记者角色 ；10月18日，由阿部宽主演的电视剧《下町火箭》播出，小泉孝太郎首次挑战反派角色，在剧中饰演男主角佃航平所在街道工厂的强敌椎名直之 。
2016年1月15日，主演的东京电视台电视剧《警视厅零系：生活安全科万能咨询室》，饰演不懂人情世故的刑警小早川冬彦，这也是他首次主演刑警角色 ；7月10日，其主演的校园励志剧《高考灰姑娘》播出，在剧中担纲男主角，饰演原“东门”东大补习班老板兼创始人之一、真纪的补习老师五十岚透；10月13日，出演的美食喜剧《Chef~三星级营养午餐~》开播，在剧中饰演天才主厨的敌人、银座有名的法式餐厅老板筱田章吾 。
2018年4月22日，其出演的医学悬疑剧《黑色止血钳》开播，在剧中饰演年纪虽轻但履历辉煌的佐伯外科的新任讲师高阶权太 ；7月20日，主演的电视剧《警视厅零系：生活安全科万能咨询室第三季》，在剧中担纲男主角，饰演“终极KY”刑警小早川冬彦 ；9月23日，由上川隆也主演的犯罪悬疑剧《真犯人》播出，小泉孝太郎在剧中饰演富士裾野署刑事课警部补日下悟 。
2019年1月13日，由常盘贵子主演的律政剧《傲骨贤妻》播出，小泉孝太郎在剧中饰演神山多田法律事务所的代表多田征大 ；2月1日，其参演的剧情电影《七个会议》上映 ；7月19日，其主演的电视剧《警视厅零系：生活安全科万能咨询室第四季》播出。
2020年1月，主演的东京台连续剧《医院疗法~医生有原的挑战~》播出，在剧中饰演为家乡的医院重建而奋斗的主人公有原修平 。
小泉孝太郎的女友从事美容行业，对方是经友人介绍后认识的，两人关系稳定，并已带女友见家长 。
小泉孝太郎浑身散发出有钱的贵族气质，但也有家庭主妇的特质。虽然剧里总是让人有老好人的印象，但私底下还蛮我行我素的。他演起反派角色也完全不弱，在电视剧《下町火箭》中表现很好，和阿部宽的对手戏气场没输，身高也没输。经过岁月的沉淀，小泉孝太郎举手投足间都有种莫名其妙的成熟魅力，而他也慢慢用实力褪去前首相儿子的光环。他演戏时候的认真，穿西装时候的贵气，私底下又很有领导力，在综艺节目中被整时还很天然，这种同时存在于一个人身上的反差，比起才出道的时候是越来越有魅力了 （新浪评）。
