梁朝偉一開始主持兒童節目「430穿梭機」，第一部正式演出的劇集為「香城浪子」，並於該劇開始受到矚目。且透過「鹿鼎記」中韋小寶一角讓他一片成名。隨後「新紮師兄」和「絕代雙驕」等電視連續劇逐漸出名，而與劉德華、黃日華、苗僑偉、湯鎮業 有「無線五虎將」之稱號。

1985年參演影片【青春差館】，隨後演出爾冬陞的【天天星期七】（1986）和關錦鵬的【地下情】（1986），均受到肯定。前者使梁朝偉首獲香港電影金像獎最佳男配角提名，後者使梁朝偉首獲香港電影金像獎最佳男主角提名。

1987年參演爾冬陞的【銀行風雲】獲第七屆香港電影金像獎最佳男配角獎。

1989年憑譚家明的【殺手蝴蝶夢】再度榮獲香港電影金像獎最佳男配角獎。同年赴台參演侯孝賢的【悲情城市】，本片獲威尼斯國際影展金獅獎。梁朝偉的表演也得到紐約時報的好評。
梁朝偉留在香港尖沙咀星光大道的手印

梁朝偉早期的作品，演出的喜劇片多於文藝片，他當時與周星馳、張學友、梁家輝並列香港喜劇演員中的佼佼者，其中他與張學友在1990年代初期曾合作過許多膾炙人口的經典喜劇，日後兩人結為死黨。

自90年代開始，梁朝偉拍攝多部王家衛的電影。他分別出演【重慶森林】（1994）中一名孤獨巡警，【東邪西毒】（1994）中一名盲劍客，【春光乍洩】（1997）中與已故港星張國榮合作，飾演一名同性戀者。2000年，他終憑【花樣年華】榮獲法國戛納影展最佳男演員獎。

1995年，梁朝偉與法籍越南導演陳英雄合作，在電影【三輪車伕】中飾演黑道詩人，本片獲威尼斯影展金獅獎。

2002年，梁朝偉在張藝謀執導的武俠電影【英雄】（2002）中飾演一名刺客殘劍。同年，他在【無間道】中飾演一名潛伏在黑幫的臥底警察陳永仁，與劉德華（劉建明）的對手戲至今仍令人難忘。

2004年，他再度與王家衛合作【2046】，並五度獲得香港電影金像獎最佳男主角，同年赴坎城影展。

2007年，梁朝偉首度與國際著名導演李安合作，在改編自張愛玲小說的電影【色，戒】中飾演性格冷酷的特務頭子易先生，在演技上有重大突破，被譽為完美無瑕的演出。2008年，再度與吳宇森合作，在【赤壁】中飾演美周郎周瑜。另外也演出王家衛執導的【一代宗師】。

2021年參加演出漫威電影【尚氣與十環傳奇】，飾演尚氣的父親，十環幫的首領。

梁朝偉拍戲的特色是一雙憂鬱滄桑且深邃迷人的眼睛，被香港傳媒稱之為「電眼」，亦因而使不少影迷為他著迷。這相信是由於梁朝偉於幼年時成長得不快樂，少年時已經思想早熟如哲人，加上性格內歛壓抑，對人性和世界特別悲觀，所以擁有與眾不同的靈魂，造成了特殊而神秘的魅力。這在拍攝【無間道I】時尤為明顯。電影【傷城】（2006）導演曾要求梁朝偉戴上眼鏡以讓觀眾能夠專注他的演技，讓觀眾知道梁朝偉不是只懂得用眼睛來演戲的，然而即使戴上眼鏡的梁朝偉，雙眼依然是充滿了滄桑。導演王家衛更曾說過，梁朝偉無需語言，靠眼睛便能傳達一切。

梁朝偉也是拍喜劇的高手，他的成名電視作品「鹿鼎記」和「絕代雙驕」便是家喻戶曉的經典逗趣喜劇。多年在電視台訓練對喜劇表演的拿捏，使他在電影【東成西就】中飾演醜化的反派歐陽峰表演出色，據說這也是他最滿意的角色之一。