柳云龙生于1968年,1987年柳云龙高中毕业,1989年,柳云龙到北京,上海参加电影学院考试,同时被中央戏剧学院,上戏,北京电影学院录取,最终选择北京电影学院。1990年,大学二年级的柳云龙参演电影《青春无悔》,饰演男二号胡松力,与张丰毅扮演的角色在剧中是情敌。1993年从北京电影学院毕业,自己联系到中央实验话剧院工作。1994年,柳云龙南下广州,开广告公司,做电器生意,并推出专辑《总想留住爱过的人》。1996年回到北京。
1997年,与袁立主演电影《非常爱情》获得中国电影华表奖优秀故事片奖。1998年,参演电视剧《苦藤》饰演民国初期“堕民”出身的痴情戏曲艺人“陈继信”；1999年,参演电视剧《凤求凰》饰演司马相如；2000年参演电视《和平卫士》饰演侦查员。柳云龙2002年,与陈宝国,宋春丽主演电视剧《公安局长》,饰演大黑枭“钟六一”,并作词和演唱主题曲《一生别无所求》。2003年11月,柳云龙和杨健共同出资成立北京东方联盟影视文化传播有限公司,担任董事长。同年,参演许鞍华执导的电影《玉观音》饰演“杨瑞”。2003年,主演的悬疑推理侦破剧《非常案件》在青海卫视播出,在剧中扮演特案队长周峰；同年在电视剧《天在上》里饰演反派一号曲东。2005年,柳云龙担任制片人,导演和男主角的电视剧《暗算》播出,获得中国电视艺术家协会“年度电视剧”奖,第一届澳涞坞国际电视节金萱奖,柳云龙凭借共产党的谍报人员“安在天”和“钱之江”夺得第十五届北京影视春燕奖电视剧最佳男主角,以及2006腾讯星光大典"新锐导演奖"。2006年,参演谍战剧《功勋》,分饰“廖飞”“高桥浩”两个角色,演唱同名主题曲《功勋》。2008年2月1日,参加东方卫视《托起爱-舞林盛典》节目录制,演唱了歌曲《功勋》；2月7日,参加录制的《2008华人群星新春大联欢》在东方卫视播出,表演诗朗诵《冬天过后,一定是春天》；同月,柳云龙自导自演悬疑侦探剧《血色迷雾》播出,在剧中饰演侦探文康；6月,出席担任第14届上海电视节白玉兰奖电视连续剧组评委；12月19日,凭《血色迷雾》夺得2008年度南方盛典颁奖典礼“最佳男主角”奖,演唱主题曲《不再孤单》。2010年11月,与马苏,申军谊联袂主演的电视剧《大西南剿匪记》在浙江卫视播出,柳云龙饰演土匪“刘大卯”。2011年9月,与张嘉译主演的谍战剧《告密者》在广东,安徽,江西,云南卫视播出,柳云龙饰演侦探“龙飞”；9月主演江苏卫视自制剧《断刺》出演坏人“唐栋”,成为同时段收视第一名；10月与沈傲君主演抗战剧《铁血壮士》,饰演男一号谢云汉。2012年1月,自导自演年代剧《传奇之王》,柳云龙在剧中从青年演到老年,演绎从快乐海员到监狱囚徒再到风云大鳄的角色“林天龙”；12月参演电视剧《海峡》,柳云龙饰演军人“杜荣林”。2013年5月,自导自演谍战剧《风筝》,第三次与李小冉合作,饰演名为戴笠手下“八大金刚”的老六,实则是代号“风筝”的中共情报人员“郑耀先”,该剧于2017年12月17日登陆东方卫视,北京卫视。2018年3月,凭借《风筝》获剧耀东方2018电视剧品质盛典年度实力演技剧星。3月3日,参与录制的综艺《声临其境》第九期播出,带来《霸王别姬》《风筝》等声音表演,这是柳云龙电视综艺首秀。2018年10月,《风筝》获第29届中国电视金鹰奖电视剧作品奖荣誉提名,他也凭借该剧提名观众喜爱的男演员奖。11月,获第24届华鼎奖最佳男主角提名。2019年《跨界歌王》第四季第一期演唱“祖国不会忘记”。2010年4月21日,主演电影《东风雨》上映。2020年7月,主演的谍战剧《胜算》在北京卫视,广东卫视首播,饰演潜伏在日伪警察局的中共地下党员“唐飞”,并于11月凭借该剧获第29届华鼎奖全国观众最喜爱十佳演员和中国近现代题材电视剧最佳男演员提名。2022年2月,执导并主演谍战悬疑剧《叱咤之城》。
2007年9月8日,出席第五届“BAZAAR明星慈善夜”。2008年5月,汶川地震之后,柳云龙与他代言的伟志集团成立了抗震救援组,共同出资购买赈灾物资运往灾区,并工作室的名义捐出20万；5月16日,参加“众志成城,万众一心”晚会,同其他九名演员一起带来了诗朗诵《灾难面前,我们紧紧相连》,为灾区祈福。2008年6月,柳云龙成为全美华人文化教育基金会的一名义工,多次去四川重灾区看望受灾民众和儿童。2008年12月,担任全美华人文化教育基金会爱心大使。2010年2月28日,柳云龙出席全美华人文化教育基金会举办的中国新年慈善晚会；4月,出席在上海举行的时尚芭莎明星慈善夜活动。2022年1月,出席2021“北京榜样·最美警察”主题活动揭晓仪式。
柳云龙是一位集演员,导演,制片人,编剧等于一身的全能人。2005年,柳云龙自导自演《暗算》以独特的悬疑剧讲述方式是以往不曾有过,被称为“柳生风格”。柳云龙在《暗算》中的形象,帅气不说,更重要的是有脑子,既含蓄,又坚定,还不失优雅和柔情,所有这些特质正是男人性感的集中表现。柳云龙是一个比较有想法的导演,很聪明；他是一个非常有才华,有智慧,很聪明的人,各方面能力都很出色,他不是给别人压力的导演和演员,很尊重演员,能感受到演员的辛苦,也会很帮助演员。柳云龙的形象是男子汉气质中糅合着文气和秀气,《暗算》是柳云龙集大成之作,他的表演既细腻又成熟,是他多年积累的一次爆发。红色偶像,热血豪情,他执着于谍战剧,才华横溢,作品虽不高产,却部部有口皆碑,国产谍战剧教父实至名归,融入血脉的信念感令无数观众折服