1982年12月26日，小栗旬出生于东京都小平市。父亲“小栗哲家”是歌剧表演的舞台总监，母亲是古典芭蕾舞教师，而哥哥“小栗了”也是一名演员。小学六年级开始加入儿童剧团，当一名临时儿童演员。
1996年，小栗旬参演首部电视剧《秀吉》，饰演石田三成的幼年时期。1998年，7月出演校园剧《麻辣教师GTO》。拍摄之后因演艺与修学两者不能兼顾，被迫于明星学园高等学校中途退学，从此开始了真正的演艺生涯。
2000年，小栗旬参演爱情剧《夏之雪》，饰演一名有听力障碍的高中学生。
2001年，参演爱情剧《爱在记忆深处》。
2002年，参演改编自同名漫画的校园剧《极道鲜师》，饰演“内山春彦”一角。
2003年，与长泽雅美合作主演校园片《机器人竞赛》。
2005年，小栗旬与井上真央、松本润、松田翔太等演员主演校园剧《花样男子》，饰演F4成员之一的“花泽类”一角。
2006年，主演《名侦探柯南》第一部真人版电视剧《致工藤新一的挑战书离别前的序章》，饰演“工藤新一”一角。
2007年，小栗旬与堀北真希主演校园剧《花样少年少女》，饰演“佐野泉”一角。该剧改编自日本漫画《偷偷爱着你》，以平均收视率17.33%成为当季收视前列，最高收视率为21%。10月主演由三池崇史执导的校园片《热血高校》，该片取得25亿日元票房的成绩。11月连续2周担任纪录片节目《情热大陆》的解说广播员。12月在《名侦探柯南》第二部真人版电视剧《工藤新一的复活》中再次出演“工藤新一”一角。
2008年，在喜剧《贫乏男子》中饰演一名贫穷大学生。2009年1月，参演改编自火坂雅志同名小说的大河剧《天地人》，饰演主角“直江兼续”的好友“石田三成”。4月主演校园片《热血高校2》，再次出演“泷谷源治”一角。10月在与水岛宏合作拍摄的动作剧《东京DOGS》中饰演一名刑警，该剧开播收视率即达到18.7%。
2010年，参演动作片《跳跃大搜查线3：开释罪犯》，该片累计票房73亿日元。同年执导首部校园片《五个暴走的少年》。10月小栗旬时隔三年再次与井上真央合作，主演改编自同名漫画的爱情剧《兽医杜立德》。
2011年，小栗旬与长泽正美主演由片山修执导的剧情片《岳》，该片主要描述登山救助队故事，累计票房达到20亿日元。7月参演喜剧《荒川爆笑团》，在其中扮演河童村长一角。
2012年，与役所广司主演励志片《啄木鸟和雨》，该片入围了第24届东京国际电影节竞赛单元。7月和石原里美搭档主演爱情剧《富贵男与贫穷女》，获得第74回日剧学院赏最佳男主角赏。9月参演由织田裕二主演的剧情片《跳跃大搜查线2012特别篇》。
2013年，参演剧情剧《woman》，饰演“青柳信”一角。8月参演剧情片《少年H》。
2014年，小栗旬在改编自漫画的动画片《船长哈洛克》中为主人公哈洛克配音。3月参与动漫《哆啦A梦》的第34部剧场版《新·大雄的大魔境～贝可与5人探险队～》配音，饰演“萨贝鲁队长”一角。4月主演悬疑剧《Border》，获得第81回日剧学院赏最佳男主角赏。5月搭档天海佑希主演剧情片《铃木商店的当家娘》。8月主演由北村龙平执导的犯罪片《鲁邦三世》，该片自上映起10天内票房便突破11亿日元。10月主演历史剧《信长协奏曲》，饰演一名意外穿越至战国时代的高中生。
2015年，小栗旬搭档生田斗真、上野树里主演刑警剧《无间双龙》，饰演一名黑帮头目。10月参演医疗剧《产科医鸿鸟》。同时参演喜剧片《银河街道》。
2016年，参演情感剧《东京伤情故事》，饰演一名荞麦面屋的店主。同时主演电影版《信长协奏曲》，饰演“织田信长”一角。4月参演科幻片《火星异种》，饰演“本多晃”一角。11月主演由漫画改编的悬疑片《恶魔蛙男》，饰演一名刑警。同时主演网络剧《代价》，饰演一名律师。
2017年，小栗旬将搭档西岛秀俊主演警匪剧《CRISIS公安机动搜查队特搜班》，饰演一名搜查队的刑警。5月与冈田准一主演由降旗康男执导的悬疑片《追忆》，饰演“田所启太”一角。7月主演由漫画改编的真人版电影《银魂》，饰演“坂田银时”一角。同时参演改编自住野夜同名小说的剧情片《我想吃掉你的胰脏》。8月主演百老汇音乐剧《新科学怪人》，饰演“弗兰肯斯坦博士”一角。
2018年，客串校园剧《花后晴天～花男Next Season～》，再次饰演“花泽类”一角。8月主演漫改电影《银魂 PART2》。9月参演剧情片《响-HIBIKI-》，饰演一名小说家。11月参演悬疑剧《远藤宪一与宫藤官九郎之受您指教了》。12月参与动漫《妖怪手表》的五周年纪念剧场版《妖怪手表：永远的朋友》配音，饰演最强的大妖怪“紫炎”一角。同年确定加盟剧情片《哥斯拉大战金刚》，为首次出演的好莱坞电影。
2019年，主演特别剧《两个祖国》。4月客串出演特摄剧《秘密X战士幻影甜心》，饰演知名演员“大栗纯”一角。7月参演由蜷川实花执导的悬疑片《杀手餐厅》。同时为新海诚执导的动画电影《天气之子》配音，饰演“须贺圭介”一角。9月主演由蜷川实花执导的剧情片《人间失格：太宰治和3个女人》，饰演“太宰治”一角。同年确认与星野源共同出演悬疑片《罪之声》。
2020年，宣布主演由三谷幸喜执笔的大河剧《镰仓殿的13人》，扮演镰仓幕府的第二代掌权者“北条义时”一角。该剧将于2022年播出，是小栗旬第一次担任大河剧的主演。9月3日，电影《三国志新解》宣布了新的演员阵容：小栗旬饰演曹操。12月，凭借影片《罪之声》获得第45届日本报知电影奖最佳男主角奖。
2021年，主演电影《哥斯拉大战金刚》于2021年3月26日北美院线和内地上映，同步上线流媒体HBO Max。6月参演由永井聪执导的电影《角色》上映。
镰仓殿的13人2022 饰演北条义时 导演吉田照幸
日本沉没 2021-10 主演松山健一，杏，仲村亨
秘密X战士幻影甜心2019-04-07 饰演大栗纯 导演三池崇史 主演菱田未渚美，山口绮罗
两个祖国2019-03-30 饰演天羽贤治 导演タカハタ秀太 主演小栗旬
远藤宪一与宫藤官九郎之受您指教了2018-11-12 饰演小栗旬 导演伊藤征章 主演远藤宪一
花后晴天～花男Next Season～2018-04-17 饰演花泽类（客串） 导演石井康晴，坪井敏雄，冈本伸吾 主演杉咲花，中川大志
银魂-三叶篇-2017-07-15 饰演坂田银时 导演福田雄一 主演吉泽亮
CRISIS公安机动搜查队特搜班2017-04-11 饰演稻见朗 导演铃木浩介，白木启一郎 主演西岛秀俊，小栗旬
代价2016-11-18 饰演奥山圭辅 导演后藤庸介 主演小栗旬
东京伤情故事2016-01-15 饰演荒木 导演三木康一郎，今泉力哉，渡部亮平，日向朝子 主演吉田钢太郎，高畑充希，片桐仁
产科医鸿鸟2015-10-16 饰演永井浩之 导演土井裕泰，金子文纪 主演绫野刚
无间双龙2015-01-16 饰演段野龙哉 导演石井康晴 主演生田斗真，小栗旬
信长协奏曲2014-10-13 饰演三郎；织田信长；明智光秀 导演松山博昭 主演柴崎幸，山田孝之
父亲的背影2014-09-14 饰演北别府寅雄（第10话） 导演石桥冠，鹤桥康夫，山室大辅 主演小林隆，吉田羊
铃木商店的当家娘2014-05-09 饰演金子直吉 导演渡边孝好 主演天海佑希
Border2014-04-10 饰演石川安吾 导演桥本一 主演小栗旬
woman2013-07-03 饰演青柳信 导演水田伸生 主演满岛光
世界奇妙物语之2013年春之特别篇2013-05-11 饰演桐原亨 导演铃木雅之，石川淳一，植田泰史 主演相岛一之，原干惠，檀丽
富贵男与贫穷女特别篇2013-04-01 饰演日向彻 导演西浦正记 主演石原里美
八重之樱2013-01-06 饰演吉田寅次郎 导演加藤拓 主演绫濑遥
跳跃大搜查线2012特别篇2012-09-01 导演本广克行 主演织田裕二，内田有纪
富贵男与贫穷女2012-07-09 饰演日向彻 导演西浦正记 主演石原里美，相武纱季，井浦新
荒川爆笑团2011-07-26 饰演村长 导演饭冢健 主演林遣都
勇者义彦与魔王城2011-07-08 饰演巴卡斯 导演福田雄一 主演山田孝之，木南晴夏，宅麻伸
再见Aruma2010-12-18 饰演真田诚太郎 导演一木正惠 主演胜地凉，仲里依纱，玉山铁二
兽医杜立德2010-10-17 饰演鸟取健一 导演石井康晴 主演井上真央，小栗旬
归国特别篇2010-08-14 饰演木谷少尉 导演鸭下信一 主演冢本高史，向井理，温水洋一
东京DOGS2009-10-19 饰演高仓奏 导演成田岳 主演小栗旬
微笑2009-04-17 饰演林诚司 导演石井康晴，坪井敏雄 主演松本润，新垣结衣，中井贵一
天地人2009-01-04 饰演石田三成 导演片冈敬司 主演妻夫木聪
角色 2021-6 饰演清田俊介 导演永井聪 主演菅田将晖
哥斯拉大战金刚2021-3-26 导演亚当·温佳德 主演亚历山大·斯卡斯加德，丽贝卡·豪尔，德米安·比齐尔
罪之声2020-10-30 饰演阿久津英士 导演土井裕泰 主演星野源
人间失格：太宰治和3个女人2019-09-13 饰演太宰治 导演蜷川实花 主演小栗旬
杀手餐厅2019-07-05 导演蜷川实花 主演藤原龙也
响-HIBIKI-2018-09-14 饰演山本春平 导演月川翔 主演平手友梨奈
银魂 PART22018-08-17 饰演坂田银时 导演福田雄一 主演菅田将晖
念念手纪2017-07-28 饰演我 导演月川翔 主演北村匠海
银魂2017-07-14 饰演坂田银时 导演福田雄一 主演菅田将晖
追忆2017-05-06 饰演田所启太 导演降旗康男 主演冈田准一
恶魔蛙男2016-11-12 饰演泽村久治 导演大友启史 主演小栗旬
火星异种2016-04-29 饰演本多晃 导演三池崇史 主演伊藤英明
信长协奏曲2016-01-23 饰演织田信长；明智光秀 导演松山博昭 主演小栗旬
银河街道2015-10-24 导演三谷幸喜 主演香取慎吾，绫濑遥
鲁邦三世2014-08-30 饰演鲁邦三世 导演北村龙平 主演黑木明纱，玉山铁二
少年H2013-08-10 饰演乌冬面老板的大哥 导演降旗康男 主演水谷丰
跳跃大搜查线 THE FINAL 新的希望2012-09-07 饰演鸟饲诚一 导演本广克行 主演织田裕二
宇宙兄弟2012-05-05 饰演南波六太 导演森义隆 主演冈田将生，小栗旬
啄木鸟和雨2012-02-11 饰演田边幸一 导演冲田修一 主演役所广司，高良健吾
荒川爆笑团2012-02-04 导演饭冢健 主演林遣都，桐谷美玲，城田优
岳2011-05-07 饰演岛崎三歩 导演片山修 主演长泽雅美，佐佐木藏之介
五个暴走的少年2010-07-17 饰演警官B（客串） 导演小栗旬 主演小出惠介，胜地凉，绫野刚
跳跃大搜查线3：开释罪犯2010-07-03 饰演鸟饲诚一 导演本广克行 主演织田裕二，柳叶敏郎，深津绘里
多襄丸2009-09-12 饰演多襄丸 导演中野裕之 主演柴本幸，田中圭，矢部享祐
极道鲜师2009-07-11 饰演内山春彦（客串） 导演佐藤东弥 主演仲间由纪惠
热血高校22009-04-11 饰演滝谷源治 导演三池崇史 主演矢部享佑，黑木明纱
蛇舌2008-09-20 饰演暴力团员（客串） 导演蜷川幸雄 主演吉高由里子
花样男子2008-06-28 饰演花泽类 导演石井康晴 主演井上真央
热血高校2007-10-27 饰演滝谷源治 导演三池崇史 主演山田孝之，矢部享佑
寿喜烧西部片2007-09-15 导演三池崇史 主演伊藤英明，佐藤浩市
2020-12-1 第45届日本报知电影奖最佳男主角 罪之声 （获奖）
2014 第81回日剧学院赏 最佳男主角赏 Border （获奖）
2012 第74回日剧学院赏 最佳男主角赏 富贵男与贫穷女 （获奖）
2010 第63回日剧学院赏 最佳男主角赏 东京DOGS （提名）
2009 第64回日本放送映画艺术大赏 最优秀助演男优赏 天地人 （获奖）
2008 第45回ゴールデン・アロー赏 电视剧部门放送赏 （获奖）
2008 Élan d'or 新人赏 （获奖）
2008 MTV STUDENT VOICE AWARDS 2008 最优秀俳优赏 （获奖）
2008 月刊TVnavi 电视剧・of・the・year 2007 最优秀男配角赏 （获奖）
2008 第17回日本映画批评家大赏 主演男演员赏 （获奖）
2008 Kids Choice Awards 男演员赏 （获奖）
2008 第17回TV LIFE 年间电视剧大赏 男配角赏 （获奖）
2008 桥田赏 新人赏 （获奖）
2008 第21回DVDでーた大赏 最佳演员赏 （获奖）
2007 MTV STUDENT VOICE AWARDS 2007 最优秀俳优赏 （获奖）
2007 第54回日剧学院赏 最佳男配角赏 花样少男少女 （提名）
2014 GQ杂志 日本年度男士 （获奖）
虽然小栗旬的大多数角色乍看之下都有些相似，但细细品味则会发现有许多不同之处。他能巧妙地抓住每个角色的独特个性且能将其演得惟妙惟肖的。（新华网评）
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