1978年，役所广司在普通学校学习。1981年，开始舞台表演。1983年，在大河剧《德川家康》中扮演织田信长，首次在屏幕上与观众见面。1985年，拍摄剧情片《蒲公英》。
1988年，在剧情片《另一条路/D机关情报》中首次担任主演。1995年，凭借剧情片《开飞车的出租车》获得《每日电影》最佳男主角奖。
1996年，主演周防正行执导的剧情片《谈谈情，跳跳舞》，凭借该片获得日本年度电影旬报最佳男主角奖。
1997年，与黑木瞳共同主演由森田芳光执导的剧情片《失乐园》，饰演出版社的高级编辑久木祥一郎，他凭借该片获得第21届日本电影学院奖最佳男主角；同年，与清水美沙合作主演由今村昌平执导的剧情片《鳗鱼》，该片改编自吉村昭所著小说《黑暗中的微光》。
1998年，出演由黑泽清执导的喜剧片《人间合格》。1999年，与池内博之合作主演剧情片《超凡神树》。2001年，役所广司与清水美沙合作主演改编自边见庸所著同名小说喜剧爱情片《赤桥下的暖流》，饰演被公司裁员裁员的笹野阳介，他凭借该片入围第25届日本电影学院奖最佳男主角奖。
2003年，役所广司与泽征悦、山本未来联袂出演由真人真事改编而成的剧情片《萤火虫之星》。2004年，与稻垣吾郎主演喜剧片《笑的大学》，饰演警视厅剧本审查官向坂睦男，入围第28届日本电影学院奖最佳男主角奖；同年，参演悬疑犯罪片《湖畔杀人事件》。
2005年，参演爱情片《艺伎回忆录》，饰演会长的合伙人野武。同年，与妻夫木聪、香椎由宇联合主演动作惊悚片《暴风女神》，饰演浅仓上校。2006年，参演由亚利桑德罗·冈萨雷斯·伊纳里多执导的动作片《巴别塔》。同年，与竹中直人合作主演由周防正行执导的剧情片《即使这样也不是我做的》，饰演律师。
2007年，参演爱情片《绢》，饰演原十兵卫；同年，与小田切让、小西真奈美联合主演剧情片《呼喊》；此外，还出演了根据同名小说改编的亲情片《阿根廷婆婆》，饰演墓碑雕刻师。
2008年，与香川照之、小泉今日子出演由黑泽清执导的家庭剧情片《东京奏鸣曲》；同年，主演由中岛哲也执导的喜剧片《帕高与魔法绘本》，饰演老爷爷。
2009年，主演由木村大作执导的战争历史片《剑岳：点之记》，饰演古田盛作。同年，与永濑正敏共同主演由操上和美执导的惊悚片《胶片之恋》；此外，还执导了个人第一部电影《蛤蟆的油》，该片由瑛太、小林聪美合作主演。
2010年，与山田孝之、伊势谷友介主演战争历史片《十三刺客》，饰演刺客御目付七百五十石。同年，主演由山田成道执导的根据池宫彰一郎同名小说改编的动作历史片《最后的忠臣藏》，饰演濑尾孙左卫门。
2011年，与市川海老藏、瑛太联袂主演由泷口康彦小说改编的动作历史片《一命》，饰演声望显赫的大户名门井伊家的家老。同年，与树木希林、宫崎葵联袂主演改编自日本作家井上靖同名小说的家庭片《我的母亲手记》，饰演一个已经功成名就的小说家，入围第36届日本电影学院奖最佳男主角。此外，还与小栗旬首次合作主演喜剧片《啄木鸟和雨》，饰演前来帮忙的伐木工人。
2012年，与草刈民代合作主演由朔立木同名小说改编的剧情片《临终的委托》，饰演绝症患者江木秦三。2013年，役所广司与大泉洋、小日向文世联合主演由三谷幸喜执导的历史片《清须会议》，饰演织田手下的四大天王之一柴田胜家。
2014年，与小松菜奈合作主演悬疑片《渴望》，饰演暴力原警察，他凭借该片获得第47届西班牙锡切斯奇幻国际电影节最佳男主角大奖；10月，合作堀北真希、冈田准一等主演由小泉尧史执导、叶室麟原作历史小说改编的同名历史电影《蜩之记》。同年，获得第1届京都电影节三船敏郎奖。
2015年，役所广司与宫崎葵、染谷将太联袂为动画片《怪物之子》配音；同年，与本木雅弘、松坂桃李联袂主演战争历史片《日本最长的一天》，饰演阿南惟几。
2017年1月，客串由远藤宪一、大杉涟、田口智朗、寺岛进、松重丰、光石研联袂主演的悬疑喜剧《byplayers～如果这6位名配角共同生活的话～》。3月23日，主演改编自岛田明宏同名小说的励志剧《羁绊：奔跑的奇迹小马》播出，饰演性格内敛、不善言辞的马场主松下雅之。8月26日，其参演的由司马辽太郎同名小说改编的历史战争电影《关原之战》在日本上映，他在其中饰演日本三杰之一的德川家康。9月，出演的悬疑影片《第三次杀人》上映，他凭借该片及《关原之战》获得第42届报知电影奖最佳男配角奖和第30届日刊体育电影大奖最佳男配角奖。10月，其主演的电视连续剧《陆王》开播，他在剧中扮演主人公宫泽。
2018年1月，其首部主演的中国电影《冰峰暴》开机拍摄。2月，又客串了由远藤宪一、大杉涟、田口智朗、松重丰、光石研联袂主演的悬疑喜剧《Byplayers~如果名配角为拍东京台晨间剧而一起在无人岛生活的话～》。5月12日，与松坂桃李共同主演的电影《孤狼之血》在日本上映，在影片中饰演传闻与黑社会勾结的刑警大上。
2019年2月，获得第13届亚洲电影大奖卓越亚洲电影人奖；3月，凭借电影《孤狼之血》获得第42届日本电影学院奖最佳男主角奖。主演的灾难动作片《冰峰暴》确定11月在日本上映。
2020年：主演电影《峠》。
