2001年，加入了业余球队大连铁路足球俱乐部。
2006年1月下旬，被中超升班马上海联城足球俱乐部花费200万元从大连铁路签下，正式开启职业生涯。
2006年3月11日，中超联赛揭幕战上海联城客场挑战西安浐灞国际足球俱乐部，首发出场上演中超首秀，创下了中国顶级联赛最年轻门将的纪录；8月底，跟随意甲国际米兰足球俱乐部的一线队和预备队训练了10天。
2006赛季，完全取代了球队原一号门将董雷的位置，出场21次丢16球贡献8场零封。
2007年2月8日，联城队并入申花，上海滩两支球队合二为一，王大雷也随之加入申花队。
2007年3月3日，联赛首轮主场0-2负于北京国安足球俱乐部，首发登场完成代表申花的中超首秀；8月，由于状态起伏不定，经常有莫名其妙的丢球，在中超休赛期过后被俱乐部冷藏，甚至被剔除出一线队的名单下放到预备队训练；10月31日，中超第27轮主场迎战长春亚泰，再次得到首发出场的机会。
2007赛季，在联赛中仅为球队出场12次；在亚洲赛上，帮助申花在6月进行的A3冠军杯中夺冠，成为第一支夺得该项赛事冠军的中国球队。
2008赛季，在联赛第8轮申花主场1-0小胜武汉光谷比赛中，得到赛季第一次出场的机会；8月19日，前往荷兰埃因霍温足球俱乐部进行了为期一周的试训；9月6日，在中超第9轮补赛申花客场1-0击败广州医药比赛中发挥出色。整个赛季，在中超联赛中交出了22场7次零封的不错成绩。
2009年6月20日，帮助申花1-0击败大连实德。2009赛季，在联赛中出场14次。
2010赛季，受到伤病的困扰仅为球队出场15次。
2011赛季，总体表现不佳，共为球队出场24次，其中中超21次、亚冠3次。
2012年6月27日，人罚出的点球被他先后扑出，帮助申花点球5-4战胜深圳红钻；7月8日，生涯第100场比赛，创造队史成为“百场先生”用时最短的纪录；8月11日，中超第21轮申花客场0-0战平天津泰达，在比赛中扑出王新欣在前点的近距离头球攻门，这次扑救被他认为是个人最佳扑救，也得到了“魔兽”迪迪埃·德罗巴竖起大拇指的称赞。
2013赛季，为球队出场28次贡献8次零封，在主场对阵山东鲁能、客场对阵大连阿尔滨、主场对上海申鑫的中超比赛中更有世界级扑救。
2014年1月2日，加盟山东鲁能泰山足球俱乐部。
2014年2月25日，1-1战平泰国武里南联比赛中，完成代表鲁能的正式比赛首秀；3月11日，在第26分钟大脚长传直接助攻瓦格纳·洛维破门，帮助鲁能客场3-1战胜日本大阪樱花；8月2日，中超第18轮鲁能主场2-2战平天津泰达，比赛中完成了4次世界级的神奇扑救；11月22日，伤停补时最后一分钟鲁能获得前场定位球机会，王大雷冲到前场并抢到第一落点，助攻瑞恩·麦克格文压哨绝杀，鲁能总比分5-4夺得足协杯冠军。
2014赛季，在中超、足协杯、亚冠三条战线中实现了全勤，共为球队出场41次；中超出场29次仅丢29球完成12场零封。
2015年2月14日，帮助鲁能点球大战5-3战胜广州恒大，首次夺得超级杯冠军；5月23日，中超第11轮鲁能主场2-0战胜上海绿地申花，迎来个人中超200场纪念。
2015赛季，共为球队出场41次，联赛和亚冠中保持全勤。
2016年7月13日，中超第21轮鲁能主场4-0大胜石家庄永昌，王大雷再次贡献助攻，在补时第92分钟大脚长传直接助攻迭戈·塔尔德利破门；9月25日，中超第26轮鲁能客场2-1力克北京国安，王大雷在比赛中神勇扑出布拉克·伊尔马兹的点球，随后再次阻挡伊尔马兹的门前近距离头球攻门，帮助球队收获保级道路上关键的三分。
2016赛季，联赛总失球42个创下了个人最高纪录。
2017年6月24日，中超第14轮鲁能主场2-2战平贵州恒丰智诚，迎来鲁能生涯的第100场比赛。
2017赛季，整体表现上佳，联赛全勤且是球队的出场王，联赛中33个丢球创鲁能生涯第二低，仅比2014年的29球纪录差4球。
2018年5月12日，补时第97分钟鲁能获得角球机会，王大雷冲到对方禁区鱼跃争顶成功并头球摆渡助攻格拉齐亚诺·佩莱破门，帮助鲁能1-1绝平天津权健；8月5日，中超第16轮鲁能客场1-1战平北京国安，国安9次射正王大雷完成了其中的8次扑救。
2018赛季，尽管偶有失误，但王大雷总的来说仍延续了上佳表现，然而由于伤病仅为球队出场25次，包括21场中超和4场足协杯。
2019年3月31日，中超第3轮鲁能客场4-2战胜天津天海，王大雷在第68分钟手抛球发动进攻，将皮球直接抛过半场助攻张弛破门；4月28日，中超第7轮山东鲁能主场3-0战胜武汉卓尔，王大雷在第68分钟成功扑出莱奥·卡里略·巴普蒂斯唐主罚的点球；5月12日，中超第9轮山东鲁能客场1-2不敌上海上港，在开场第1分钟开大脚直接助攻罗热·克鲁格·格德斯破门；5月29日，足协杯八分之一决赛山东鲁能客场1-0战胜江苏苏宁足球俱乐部，作为场上队长的王大雷做出多次关键扑救，并被评为全场最佳球员；6月14日，中超第13轮山东鲁能客场1-1战平重庆斯威足球俱乐部，王大雷再次做出多次成功扑救；6月18日，山东鲁能客场1-2不敌广州恒大淘宝，王大雷迎来代表鲁能的第200场比赛。
2021年12月26日，中超第26轮，首发登场，帮助山东泰山2-0战胜河北队，提前3轮加冕中超冠军。
2022年1月9日，2021足协杯决赛，帮助山东泰山1-0战胜上海海港，夺得足协杯冠军；12月30日，随山东泰山队获得2022赛季中超联赛亚军。
2023年1月15日，随山东泰山获得2022年中国足球协会杯冠军。
2004年9月，随中国国家少年男子足球队（以下简称国少）勇夺U-17亚洲杯（亚洲少年足球锦标赛）冠军。
2005年9月，征战国际足联U-17世界杯（世少赛），小组赛第2轮国少爆冷1-0击败东道主夺冠大热秘鲁，王大雷完成13次扑救并破坏对手14次角球。
2006年1月，帮助球队在南非八国邀请赛上夺冠，5场比赛仅丢4球，其中还包含2粒点球，还在决赛中成功扑点；5月，中国国家奥林匹克足球队（以下简称国奥）征战土伦杯，5场比赛中仅丢4球，帮助球队获得第四名，创造历史第二好成绩；5月26日，入选朱广沪执教的国足，以17岁零136天年龄成为中国足球职业化以来最年轻的国脚，还创造了中国球员的升级纪录，2005年还在打国少，2006年又从国青升级到国家队，七个月内在国字号里连升三级；11月，帮助国奥队1-0力克伊拉克队，赢得亚运会开门红。
2007年1月，入选国奥参加英国集训；6月，重回国奥队再度征战南非八国邀请赛。
2010年6月2日，入选了最新一期国奥队集训名单；11月，进国奥队参加2010年广州亚运会。
2011年1月9日，任国奥队新任队长；8月22日，入选国家队；9月6日，与瑞典的友谊赛中首发完成国家队首秀，做出8次扑救。
2015年1月，代表中国国家队出征2015年澳大利亚亚洲杯；小组赛首轮国足1-0战胜沙特阿拉伯，比赛中化解了沙特前锋纳伊夫·哈扎齐的点球，另有多次救险；小组赛次轮国足2-1逆转击败乌兹别克斯坦，终结14年不胜乌兹别克纪录，也是时隔23年之后再一次在亚洲杯正赛中逆转对手；四分之一决赛国足0-2不敌澳大利亚止步八强，比赛中王大雷高接抵挡，对手9次射正球门，王大雷扑出7次，其中不乏反应神速的世界级扑救。
2015年8月，代表中国国家队参加2015年中国东亚杯，国足最终以1胜1平1负积4分的战绩获得亚军。
2015年9月—11月，2018年俄罗斯世界杯预选赛中有5次出场，未失一球。
2017年12月，参加2017年东亚杯。
2019年6月11日，在与塔吉克斯坦的友谊赛中首发上阵，帮助球队1-0小胜对手，时隔542天再次代表国家队出场。
2019年8月21日，入选中国足协公布国家队世预赛35人集训名单；8月30日，入选参加广州集训的26人名单；9月7日，入选世预赛首战24人名单；10月29日，中入选新一期中国男足集训大名单；11月14日，入选国足战叙利亚23人大名单。
2021年9月7日，在世预赛12强赛亚洲区第二轮比赛中担任门将；10月12日，入选国足迎战沙特23人名单。
2022年2月，入选中国国家男子足球队2022年第二期集训名单。
2022年3月24日，入选国足战沙特23人大名单。
2023年2月，入选中国国家男子足球队集训名单。
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