1992年1月31日周冬雨出生于河北省石家庄市，水瓶座，在石家庄第十二中学就读时被张艺谋导演发现出演了电影《山楂树之恋》中的饰演女主角静秋，此后因出演电影《山楂树之恋》而无缘2010年高考的周冬雨，2011年受张艺谋导演的推荐报考了北京电影学院表演系。
2013年，周冬雨在与林更新、王啸坤共同主演的青春爱情电影《同桌的你》中饰演文静秀气的女主角周小栀。同年，周冬雨还在与谢霆锋、黄秋生、林更新共同出演的侦探动作悬疑电影《包打探手记》中饰演女主角宋小乔。此外周冬雨还参演了宁浩执导，黄渤、徐峥主演的暴走喜剧电影《玩命邂逅》。