早年经历
父亲是一个会计师。他八岁上小学，十分喜爱唱歌和音乐。进入中学后，在语文教师的带领下，他参加了业余文艺演出活动。1949年，即将中学毕业时参加沈阳市举办的文艺骨干训练班，后加入东北军工局文工团（后改为抗敌话剧团）当话剧演员，后为沈阳部队抗敌话剧团演员。1950年9月入伍，入伍后为沈阳军区军工局文工团演员。1951年9月，任东北军区文工团演员。
演艺经历
1956年，应长春电影制片厂之邀，参加了故事片《寂静的山林》的拍摄，饰男主角冯广发，从此开始电影艺术生涯。
1957年，在长春电影制片厂故事片《牧人之子》中，饰演男主角德力格尔。
1958年，调入八一电影制片厂任电影演员；同年在王苹执导的红色经典电影《永不消逝的电波》中饰演姚苇，这是王心刚从影第一次饰演反派角色。
1959年，在电影《海鹰》中饰演张敏。
1960年，在《勐垅沙》中饰演江洪。
1961年，在谢晋执导红色经典电影《红色娘子军》中饰演洪常青。
1962年，被国家文化部评选为“新中国22大电影明星”之一。
1963年，在严寄洲执导的红色经典电影《野火春风斗古城》中饰演杨晓冬。
1965年，在郝光执导电影《秘密图纸》中饰演陈亮。
1965年，参与故事片《烈火中永生》的拍摄。
1973年1月加入中国共产党。1974年在《侦察兵》中饰演郭锐。
1976年，在电影《南海长城》中饰演区英才。
1978年，在张瑞芳、陈强主演的电影《大河奔流》中饰演秦云飞。
1979年，在《绿海天涯》中饰演南林。
1981年，在大陆电影《伤逝》中饰演涓生。
1981年，以49岁的年龄在电影《知音》影片中塑造了30岁爱国将领蔡锷的形象，荣获第5届大众电影百花奖最佳男演员奖。
1986年，在中国和菲律宾合拍大型历史传奇故事片《苏禄国王与中国皇帝》中饰演明成祖朱棣，该片获广播电影电视部1986—1987年优秀影片特别奖。
1988年9月，确认为国家一级演员。
1989年2月，经总政治部批准按副军职待遇。同年，被评为建国四十年十大影星之一。
1990年，菲利浦·博萨斯合作导演影片《白求恩——一个英雄的成长》，该片荣获全国优秀影片奖特别奖。
1991年，被载入《中国电影电视艺术家辞典》。
1993年7月，享受政府特殊津贴。
1995年12月，获为纪念世界电影诞生100周年和中国电影诞生90周年而特设的“中国电影世纪奖”。同年当选为“中华影星” 。
2005年，获国家人事部和广播电影电视总局颁发“国家有突出贡献电影艺术家”称号。
2005年，获中国电影百年百位优秀演员。
2006年，与翟俊杰导演合作，主演了为纪念红军长征胜利70周年而拍摄的献礼电影《我的长征》。
2009年，获第十二届电影表演艺术学会奖“终身成就奖。
2012年，获得亚洲演艺名人“中国电影终身成就大奖” 。
2014年，获得第23届中国电影金鸡奖终身成就奖。
作品
参演电影
我的长征 2006
苏禄国王与中国皇帝 1987
知音 1981
伤逝 1981
绿海天涯 1979
大河奔流 1978
南海长城 1976
秘密图纸 1965
烈火中永生 1965
侦察兵 1964
野火春风斗古城 1963
红色娘子军 1961
勐垅沙 1960
哥俩好 1960
海鹰 1959
永不消失的电波 1958
破除迷信 1958
牧人之子 1957
寂静山林 1957
话剧作品
1984年 《李闯王》
1987年 《冷战》
1988年 《三个战友》
社会活动
1975年12月，任八一电影制片厂副厂长，影协理事。
1994年，任影协主席团委员、表演学会常务理事，3次被聘为中国电影金鸡奖评委。