霍思燕出生于北京市海淀区的一个知识分子家庭,从小一直和爷爷奶奶生活在一起。1997年,在一个艺术节上,一位导演发现了霍思燕,几天后,便通知霍思燕去参加水晶之恋的广告面试,结果霍思燕被选中拍摄了《泰坦尼克号》电影随片广告。《风车》饰演女主角舒兆欣《玫瑰江湖》饰演女一号君绮罗《天师钟馗》饰演单元女主角苏美娘,苏妲己《欢天喜地七仙女》饰演女主角七仙女紫儿《夫妻一场》霍思燕饰演女一号宁小燕《爱要有你才完美》饰演女一号徐孟菲《爱情面前谁怕谁》饰演女一号于小渔《孽缘》霍思燕饰演女一号汪海灵
《少年天子》饰演女主角董鄂妃乌云珠2000年1月,霍思燕参演家庭伦理剧《贫嘴张大民的幸福生活》,在剧中饰演善良,寡言沉默的张大雪,而这也是她的首部电视剧作品。2001年,与俞飞鸿,何中华合作参演古装武侠剧《三少爷的剑》,在剧中饰演纪纲的妹妹纪情；同年,与张铁林,王刚,张国立合作参演古装喜剧《铁齿铜牙纪晓岚》,在剧中饰演香草。2002年,与刘小锋,于波,唐国强合作参演民国爱情剧《女人汤》,在剧中饰演爱恨强烈,恩怨分明的高子,而这也是霍思燕首次饰演反派角色。2003年,霍思燕首次担任女主角,与邓超,潘虹,郝蕾合作主演古装情感剧《少年天子》,在剧中饰演忍辱负重,才貌双全的乌云珠。2005年,与蒋欣,杨蕊,六小龄童合作主演古装神话情感剧《欢天喜地七仙女》,在剧中饰演女主角七仙女紫儿。2006年,与林志颖,杨幂合作出演古装神话剧《新聊斋志异》,在剧中饰演女鬼秋荣；5月,霍思燕首次担任女一号,主演都市偶像剧《像风一样离去》,在剧中饰演常常受到后母的虐待,苦不堪言的乔可欣；随后,与邱心志,戴春荣合作主演古装悬疑剧《杨乃武与小白菜》,在剧中饰演性格上刚柔相济,不肯向命运低头的小白菜；7月,在古装情感剧《大清后宫之还君明珠》中饰演戏班班主的女儿沈吟秋。霍思燕2007年,凭借青春喜剧片《我要成名》入围第二十六届中国香港金像奖最佳新人奖,中国香港电影金紫荆奖最佳新人奖提名,以及中国电影导演协会最佳新人银奖；同年,在年代战争剧《西安事变》中饰演张学良的二夫人赵一荻。《龙凤店》饰演长慈公主2008年,在年代抗战剧《江湖往事》中,饰演性格活泼的魔术女郎赵小灵,而这也是霍思燕首次饰演打女；2月,与陈键锋,严屹宽主演民国情感剧《最后的格格》,在剧中饰演对感情十分执着的云香格格。2009年,与钟汉良,何晟铭,孙菲菲合作主演民国爱情剧《玫瑰江湖》,在剧中饰演济世山庄的大小姐君绮罗；同年,搭档冯绍峰合作主演家庭伦理剧《夫妻一场》,在剧中饰演在北京读完大学后回乡教书的宁小燕。2010年,在都市情感剧《孽缘》中,饰演对生活始终保持着积极的心态的汪海灵；8月,在古装神话剧《天师钟馗》中,饰演本是聪明善良的普通女子,其实是苏妲转世的苏美娘；同年,在都市爱情剧《爱要有你才完美》中,饰演敢爱敢恨,敢作敢当的徐孟菲。2011年,凭借悬疑惊悚片《梦游3D》入围东京国际电影节最佳女主角提名；4月,与王太利,肖央合作出演励志短片《赢家》,在剧中饰演王大利的妻子霍燕燕；同年,在家庭情感剧《风车》中,饰演舒义海的女儿舒兆欣。2012年,与范冰冰,冯绍峰合作主演的剧情片《二次曝光》上映,在片中饰演宋其的闺蜜小西,而这也是霍思燕首部过亿票房的电影；同年,在美食题材电影《饮食男女2012》中,饰演经营着一家高级会所的瓦儿。《聊斋志异之小谢与秋容》饰演女主角秋荣2013年,与张晓龙,陈紫函合作主演的都市情感励志轻喜剧《爱情面前谁怕谁》在浙江卫视播出,在剧中饰演直爽率真,大大咧咧的于小渔,该剧播出后便排名黄金档收视第一名,整个播出期稳定在黄金档收视前二名。2014年4月,搭档雷佳音主演都市爱情剧《我的媳妇是女王》,在剧中饰演性格开朗,积极向上的李开心；11月,与丈夫杜江合作出演青春爱情剧《再见,老婆大人》。2015年2月12日,与李晨,杜江合作主演当代励志剧《草帽警察》,在剧中饰演热辣的村花赵小静,并凭借该剧获得第二届中美国际电视节最佳女主角奖,该剧也是霍思燕首次出演村姑的角色；4月,客串葛优,章子怡主演悬疑谍战片《罗曼蒂克消亡史》；8月,主演都市时尚轻喜剧《追婚记》,在剧中饰演独立果敢,做事干练利落的女强人白芍。霍思燕2016年,参演根据薛晓路同名小说改编的爱情剧《北京遇上西雅图》,在剧中饰演女一号朱一然；同年,客串杜江主演的青春爱情片《高跟鞋先生》。2017年8月31日,由微博时尚和OnlyLady联合主办的2017年度首届微博时尚盛典在北京举行,杜江霍思燕夫妇获颁年度最具时尚影响力CP。10月,参演电影《英格力士》。2018年3月2日,参加2018年中央电视台元宵晚会,与常远,王鸥,董力等人反串表演《卖汤圆》。9月,受邀参加2018年中央广播电视总台中秋晚会；12月29日,其主演的爱情喜剧片《来电狂响》上映,在片中饰演全职太太李楠；参演电影《红海行动》。2019年11月,霍思燕参加芒果TV自制夫妻观察治愈节目《妻子的浪漫旅行第三季》的录制；2020年10月,担任第27届华鼎奖专家评委会评委。2022年6月3日晚八点,参加CCTV-1大型文化系列节目《古韵新声》端午节目,演唱歌曲《猗兰操》；9月10日,将参加北京台中秋晚会演唱歌曲《爱情故事》。《大清后宫之还君明珠》饰演沈吟秋《草帽警察》饰演女一号赵小静《饮食男女2》霍思燕饰演女一号瓦儿《父亲》饰演女主角霍燕燕
霍思燕与杜江2011年10月26日,霍思燕首度公开与杨溢的恋情。2012年4月,与杨溢分手；6月21日,杜江与霍思燕两人的恋情曝光；10月23日,霍思燕生日当天,杜江霍思燕两人微博互动,正式公开恋情。2013年9月19日,霍思燕在北京某高档妇婴医院剖腹产下一名男婴,重八斤三两,母子平安,小名暂叫小江江。2019年8月7日,中央广播电视总台七夕特别节目《天下有情人》,杜江霍思燕,秦凯何姿甜蜜合体演绎情歌串烧。
2006年5月31日,霍思燕参加天使之翼百万助学行动,帮助贫困的孩子。2010年9月27日,霍思燕作为《精武风云·陈真》主演之一和剧组在温州举办慈善晚宴,共拍得善款63.8万元,并全部捐赠给中国少年儿童基金会,用于建立安康市图书馆工程。2012年6月18日,霍思燕出席中国宋庆龄基金会慈善晚宴并拿出的其第一份摄影作品进行爱心拍卖,以帮助到贫困山区的留守儿童摆脱课间饥饿及得到营养改善。2014年8月26日,霍思燕与丈夫杜江两人出席北京明星公民五周年感恩盛典活动并获得明星公民称号。该项目旨在为灾区儿童提供御寒衣物,书包文具等日常用品,为孩子们送去温暖与欢乐。2018年10月17日,担任电影频道节目中心主办的大型公益项目脱贫攻坚战——星光行动星光调研员。获奖霍思燕各种红毯照霍思燕部分广告照片
霍思燕出演过很多悲情色彩的影视剧作品,每每都能把一个个悲情角色表现的唯美和感人。她在电视剧《最后的格格》中饰演的云香格格有着波折起伏的人生,让观众跟着她所饰演的角色心情起伏。霍思燕表演悲情戏是随手拈来,不动用任何的辅助工具眼泪是说来就来,因此,她的演技还得到了很多工作人员的认可。另外,霍思燕在电影《二次曝光》中饰演小西,给予角色清纯的同时,还要有性感忧郁,俏皮可爱的感觉,她都很好地做到了如此复杂的表达。她在电视剧《爱情面前谁怕谁》中,饰演一个平胸女余小渔,以夸张的表演方式以及牺牲自己的美感来促成角色的完满,引起了很多网友的关注与认可。霍思燕在一组杂志写真中,时而身着蓝白条纹衬衫展现俏皮率性,时而身着撞色拼接毛衣,彰显活泼灵动,甜美可爱的笑容又多了几分妩媚性感,宛如活力的俏皮女孩。