早年经历
王同辉从小就被父亲“勒令”画画。1990年和1991年先后两次报考北京电影学院美术系失败。1991年考入西安美术学院油画专业。
1995年本科毕业,王同辉被分配到西北大学美术系任教。但王同辉并不满足,他怕过那种朝九晚五的生活,也怕自己资历尚浅误人子弟。一番思量后,王同辉决定做个自由人。偶然机会拍摄西服广告,王同辉爱上了表演。之后王同辉报考过陕西电视台主持人,也读过中国传媒大学研修班以及北京电影学院表演班 。
1995年和1996年考研,再次报考北京电影学院美术系失败。1997年到1999年又先后三年报考北京电影学院表演系。1997年,王同辉复习考研,沈好放拍《二马》找到他,他放弃考研来北京做前期准备,最终入选。1998年,边拍《张大民》边备战考研。1999年,王同辉终于考研成功,进入北京电影学院表演系 。
演艺经历
1997年,首次主演由沈好放执导的、根据老舍小说改编的电视剧《二马》,与陈道明饰演父子老马和小马。
1998年,出演沈好放执导的电视剧《贫嘴张大民的幸福生活》,饰演张大民的五弟张大国,被观众熟知。
1999年,主演沈好放执导的年代剧《九九归一》,饰演东家少爷郑奉时,年龄跨度长达60多年。
2000年,历史题材剧《孙中山》饰演孙科。
2002年4月,刑侦悬疑剧《血玲珑》饰演医生魏晓日。6月,与剧雪合作年代情感剧《亲情树》,饰演田风 。12月,联合吕良伟、颜丹晨主演中国版“基督山伯爵”《金手指》,饰演反一号费永嘉 。
2004年,搭档鲍国安、吴晓敏主演反特题材剧《如此多娇》,饰演云海东 。
2005年,都市情感剧《别问我是谁》饰演扶危救贫、极富正义感的记者于家驹 。
2006年7月,与王学兵、梁静、殷桃主演怀旧情感剧《桃花灿烂》,饰演自信又自卑的单恋者朱亦文 。11月,主演惊悚悬疑剧《怪罪》,饰演患有严重精神分裂、具有双重性格的律师徐磊 。
2007年4月,搭档陈宝国、梅婷主演电视剧《女人泪》,饰演正义的银行界精英郑可玉,与陈宝国上演40年代“无间道” 。6月,与李琳领衔主演石钟山编剧的知青题材剧《红颜的岁月》,饰演痴情知青何志诚 。10月,搭档刘蓓主演女性悲情剧《围屋里的桃花》,饰演红军指挥官周行疆 。
2008年2月,家庭伦理剧《家有公婆》饰演遭遇欠债、坠海、流亡一系列坎坷的高一飞 。4月,与陈小艺、冯远征合作情感悬疑剧《婚变》,饰演设计拆散他人婚姻、谋夺财产的韩军 。6月,主演抗震救灾题材电影《前方后方》,饰演海军军医靳刚 。
2009年4月,搭档陈小艺合作女性励志剧《漂亮女人》,饰演极品好男人肖易轩 。7月,侦探悬疑剧《侦探小说》饰演神勇探长俞笑舟 。12月,与焦恩俊、孙菲菲合作战争情感剧《等到胜利那一天》,饰演汉奸沈子鹤 。
2010年5月,检察官题材剧《正义的重量》饰演检察官陈雷 。11月,与万梓良、赵文卓合作古装武侠探案剧《七侠五义人间道》,饰演“锦毛鼠”白玉堂 。
2011年6月,革命史诗大片《国家命运》饰演科学家钱三强 。10月,搭档曹颖、齐欢主演知青情感剧《最爱·你》,饰演回城知青陆远 。
2012年,与陈宝国、李小冉联袂主演史诗剧《大河儿女》,饰演野心家、钧瓷商人邓绍光 。
2013年5月,当代军旅题材剧《亚丁湾的月亮》饰演海军战舰政委肖伟国 。7月,搭档杨明娜出演都市时尚情感剧《爱的多米诺》,饰演谢家二女婿、大学教授汪国庆 。
2014年11月,与冯雷、刘威葳等合作电视剧《真实的幸福》 。
2016年6月,与陈学冬、欧阳娜娜、邬君梅、汪铎合作电视剧《是!尚先生》,饰演《先生》杂志主编韩风 。同年在热播的电视剧《解密》中饰演破译处科长“刘一平”一角 。