霍思燕出生在北京市海淀区一个典型的书香门第，自幼便与祖父母共同生活，在浓厚的家庭文化氛围熏陶下成长。她自童年起便开始接受系统的传统艺术训练，长期坚持练习书法与国画，培养了沉静典雅的气质。在一次校园艺术节的公开活动中，霍思燕独特的气质与形象偶然被一位到场观摩的导演所留意。仅仅数日之后，她便接到通知，受邀参加知名品牌“水晶之恋”广告片的演员选拔面试。正是这次机遇，最终让她出现在《泰坦尼克号》这部影片的随片广告之中，成为观众记忆中那个清新脱俗、在镜头前迎风飞翔的少女形象。
二零零零年二月，霍思燕迎来了个人演艺生涯的开端，她所参演的首部作品《贫嘴张大民的幸福生活》正式与观众见面，在剧中她饰演了张大雪一角。正是通过这部作品，霍思燕的表演潜力得到了导演的充分肯定，并由此顺利踏入娱乐圈。次年，霍思燕出演的古装喜剧《铁齿铜牙纪晓岚》播出，她凭借剧中香草这一活泼灵动的角色开始受到关注，逐渐在观众视野中崭露头角。到了第二年十一月，一部由刘小锋、于波、唐国强等演员共同主演的民国爱情题材电视剧《女人汤》首播，霍思燕在剧中首次尝试反派角色，塑造了性格复杂的高子，这一转变展现了她对不同角色的驾驭能力。二零零三年，霍思燕与邓超、潘虹、郝蕾等合作主演的古装清宫剧《少年天子》正式播出，她在剧中饰演才情出众的乌云珠，这也是她首次作为主要女主角之一参与演出。在该剧中，霍思燕成功摆脱了过去邻家妹妹的固有形象，将乌云珠这个忍辱负重、才貌兼备的角色演绎得细腻而到位，正是凭借这一深入人心的表演，她的人气迅速攀升，获得了广泛认可。二零零五年七月，霍思燕与六小龄童、潘虹、郑国霖等演员联袂主演的大型古装神话剧《欢天喜地七仙女》首播，该剧取材于中国民间广为流传的传说故事《天仙配》。霍思燕在剧中独挑大梁，饰演女主角七仙女紫儿，这是她职业生涯中第一次真正担纲女一号，其清新脱俗的扮相和真挚动人的表演赢得了不少观众的喜爱。进入二零零六年，霍思燕的多部作品接连播出，例如《新聊斋志异》、《大清后宫之还君明珠》等，呈现出她高产而多元的创作状态。特别是在电视剧《新聊斋志异》的《小谢与秋容》单元里，霍思燕首次挑战女鬼形象，她所塑造的秋容凄美而深刻，角色完成度颇高，给观众留下了难忘的印象。同年，霍思燕还完成了大银幕首秀，出演了揭露香港娱乐圈成名内幕的电影《我要成名》，她作为女主角首次登上大银幕，并在片中为艺术大胆尝试了裸露镜头，展现出职业演员的勇气与投入。凭借在这部电影中的突破性表现，霍思燕成功入围第二十六届中国香港电影金像奖最佳新人奖以及香港电影金紫荆奖最佳新人奖，更于二零零七年荣获香港电影导演会颁发的最佳新人银奖，这些荣誉标志着她在电影领域的起步获得了专业界的积极肯定。
二零零七年，由霍思燕参与演出的年代战争题材电视剧《西安事变》正式与观众见面，她在剧中精彩诠释了张学良的伴侣——被誉为“赵四小姐”的赵一荻这一历史人物。通过这一角色的成功塑造，霍思燕顺利实现了个人演艺生涯的重要转型，拓宽了戏路。次年，即二零零八年，她主演的年代抗战剧《江湖往事》首次播出，这部剧集标志着霍思燕首次尝试并挑战了动作戏份较多的“打女”形象，展现了其表演上的多面性。同年十一月，她与演员陈键锋、严屹宽共同主演的民国情感大戏《最后的格格》也登陆荧屏，霍思燕在剧中生动演绎了云香格格这一角色。她与饰演男一号温良玉的陈键锋之间默契的配合与出色的化学反应，赢得了媒体与广大观众的一致好评，两人更被亲切地称为“极为养眼的荧幕情侣”。时间来到二零零九年，又一部民国题材剧集《玫瑰江湖》播出，霍思燕在其中首次挑大梁，饰演了女主角君绮罗，这是一个性格独立、颇具魄力的“大女人”型角色，对她的演技提出了新的要求。此外，同样在二零零九年，一部被定位为“励志型家庭伦理剧”的作品《夫妻一场》也与观众见面，霍思燕在剧中担纲女一号，饰演了从杭州远赴边疆的支边女孩宁小燕。这个角色不仅需要展现人物青春的活力与理想，还涉及为人母的情感层次，这也是霍思燕首次在影视作品中尝试母亲的角色，意义非凡。进入二零一零年，霍思燕的演艺事业持续发力。在三月播出的古装神话剧《天师钟馗》中，她一人分饰两角，同时演绎了性格迥异的“狐仙”与“狐妖”，充分展示了其驾驭复杂角色的能力。紧接着在同年五月，一部都市情感剧《孽缘》首播，霍思燕在剧中饰演了主要角色汪海灵。该剧播出后反响极为热烈，一举成为二零一零年上半年全国范围内的收视冠军，霍思燕也凭借此剧的出色表现，被业界和观众誉为新生代演员中颇具号召力的“收视灵丹”。除了上述电视剧作品，霍思燕在二零一零年还参与了包括《龙凤店》、《迷城》在内的多部影视作品的拍摄。特别值得一提的是，她凭借在电影《迷城》中的精湛表演，于二零一零年六月获得了第十三届上海国际电影节“最佳女主角”奖项的提名，这无疑是对其电影领域演技的高度认可。
二零一一年，由霍思燕领衔主演的悬疑惊悚影片《梦游3D》正式登陆大银幕，她在片中全素颜诠释了一名干练的女警角色，其真实而富有张力的表演赢得了广泛好评。这部作品在当时被誉为华语影坛的一匹黑马，不仅票房表现突出，更助力霍思燕成功入围东京国际电影节金麒麟奖最佳女主角的角逐。同一年里，霍思燕的演艺事业呈现出全面开花的态势，她接连参与了多部题材各异的影视作品，例如聚焦家庭伦理与情感纠葛的剧集《风车》、鼓舞人心的励志电影《赢家》、描绘现代都市男女情爱的连续剧《爱要有你才完美》，以及作为电影青春感恩记《父亲》系列中重要篇章的《父女篇》等，这些作品均于当年顺利完成制作并陆续与观众见面。 进入二零一二年，霍思燕与范冰冰、冯绍峰等知名演员联袂出演的剧情长片《二次曝光》公映，她在片中生动塑造了女主角宋其的闺蜜小西一角。该片市场反响热烈，最终票房突破亿元大关，这一成绩甚至超越了导演李玉此前执导的电影《观音山》所创下的纪录。同年三月，一部以美食文化为背景的电影《饮食男女2012》登陆院线，霍思燕在片中饰演了一位经营高端私人会所、性格鲜明的角色瓦儿，其表现再度获得关注。 二零一三年，霍思燕携手张晓龙、陈紫函共同主演的都市情感励志轻喜剧《爱情面前谁怕谁》于浙江卫视黄金时段播出，她所饰演的于小渔乐观坚韧，深入人心。该剧开播后收视率迅速攀升，首播即夺得同时段收视冠军，并在后续的播出周期内始终稳居黄金档收视榜单前两位，取得了优异的播出效果。 时间来到二零一四年七月底，霍思燕与雷佳音合作拍摄的都市爱情剧《我的媳妇是女王》正式宣布杀青，她在剧中扮演了一位性格开朗、独立自信的“大女人”形象李开心，展现了角色丰富的内心世界。紧接着在同年八月，她与李晨、杜江等人联袂出演的当代励志题材剧集《草帽警察》在中国大陆首次播出，霍思燕此次突破自我，饰演了质朴又充满生命力的“村花”赵小静。凭借对这一角色的精彩演绎，她荣获了第二届中美国际电视节最佳女主角奖，值得一提的是，这也是霍思燕从艺以来首次尝试并成功塑造农村姑娘的角色类型。
在2016年，演员霍思燕的演艺事业呈现出颇为活跃的态势，她先后参与了多部影视作品的拍摄与制作。其中，青春爱情题材影片《高跟鞋先生》、都市时尚背景的轻喜剧《追婚记》以及一部剧情类电影《罗曼蒂克消亡史》均于该年度内陆续登陆院线，与广大观众见面。到了次年，也就是2017年8月31日，由微博时尚平台与OnlyLady共同策划并主办的首届微博时尚盛典在北京隆重举行，在此次盛典上，杜江与霍思燕夫妇凭借其出众的公众形象与时尚品味，荣获了年度最具时尚影响力CP的称号。时间进入2018年，在3月2日播出的中央电视台元宵晚会中，霍思燕进行了一次反串表演，节目内容源自《卖汤圆》。同年9月，她再次受到邀请，出席了2018年中央广播电视总台中秋晚会的录制。此外，在那一年里，由她参演的爱情喜剧片《来电狂响》以及另一部电影作品《红海行动》也相继上映。2019年8月，在中央广播电视总台制作的七夕特别节目《天下有情人》中，霍思燕与其他三位表演者共同合作，带来了一段精彩的情歌串烧演绎。随后在同年11月，她参与了芒果TV自制的夫妻观察治愈类节目《妻子的浪漫旅行第三季》的录制工作，并通过该节目展示了其家庭生活的一面；临近年底，她还盛装出席了第二届海南岛国际电影节的闭幕式暨颁奖典礼。2020年7月，霍思燕加盟的一档真人秀节目《乘风破浪的妻子》正式迎来首播；紧接着在8月底，她参与的中央广播电视总台“纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利75周年特别节目”于央视黄金时段连续五期播出。2021年6月，电影《燃野少年的天空》发布了其插曲《失恋阵线联盟》的音乐视频，霍思燕也出现在该MV的出演人员名单之中。同年7月，电影《燃野少年的天空》登陆大银幕，她在片中饰演了角色大华的妻子。2022年6月3日晚八点，霍思燕亮相于CCTV-1频道播出的大型文化系列节目《古韵新声》端午特别节目，并现场演唱了歌曲《猗兰操》；随后在同年9月10日，她又参加了北京电视台的中秋晚会，并在晚会中献唱了歌曲《爱情故事》。
二零一一年十月二十六日，演员霍思燕首次通过公开渠道承认了与男友杨溢之间的恋爱关系。然而这段感情并未持续太久，次年四月，便有媒体传出消息，称霍思燕与其富二代男友杨溢已经分道扬镳。就在同一年六月二十一日，霍思燕与另一位演员杜江的亲密关系被媒体捕捉并曝光，引发了公众的广泛关注。随后在十月二十三日，恰逢霍思燕的生日，杜江与霍思燕两人在个人微博平台上进行了亲密的互动，以此种方式正式向外界宣告了他们的恋情，标志着两人关系进入了公开稳定的新阶段。
二零一三年九月十九日，演员霍思燕于北京一家高端妇婴医院通过剖腹产手术顺利诞下一名男婴，新生儿体重达八斤三两，其正式取名为杜宇麒，家人则亲切地称呼他为嗯哼。时光流转，至二零二三年六月十八日，霍思燕带着已渐渐长大的儿子嗯哼共同出席了《别叫我“赌神”》父亲节亲子跑活动，母子二人的温馨互动成为现场焦点；同年十一月二十九日，霍思燕再次携手嗯哼，以欢乐推荐官的身份为喜剧动画电影《飞鸭向前冲》进行宣传推广。进入二零二五年一月二十三日，杜江与霍思燕家庭所收养的实验犬珍珠在首届芭莎宠爱 Pets of the Year 颁奖典礼上获得了年度和平精神奖的荣誉，这一奖项也见证了他们对动物关怀的持续付出。霍思燕与男友杜江及儿子嗯哼共同构成了幸福的三口之家，其乐融融的全家福照片亦时常向公众展现他们温暖的家庭生活。
二零零六年五月三十一日，霍思燕积极参与了天使之翼百万助学行动，通过该公益项目向身处困境的贫困学子伸出援手，切实助力他们的求学之路。二零一零年九月二十七日，作为电影《精武风云·陈真》的主要演员之一，霍思燕与剧组共同抵达温州，出席了JC聚才珠宝举办的慈善晚宴。在活动中，她协助将影片内的珍贵道具进行公开拍卖，所筹得的款项全部用于资助温州地区的孤儿，为他们改善生活条件贡献了一份力量。二零一二年六月十八日，霍思燕现身上海宋庆龄基金会下属的中国环球小姐美基金慈善晚宴现场，并受邀担任该活动的爱心大使，以其公众影响力呼吁社会关注相关公益事业。二零一四年八月二十六日，霍思燕与丈夫杜江一同参加了在北京举行的明星公民五周年感恩盛典，两人因其持续投身公益的善举而被授予“明星公民”荣誉称号。该盛典所关联的公益项目主要致力于向受灾地区的儿童提供包括御寒衣物、书包文具在内的各类日常必需品，旨在为孩子们的成长生活送去切实的温暖与快乐的陪伴。二零一八年十月十七日，霍思燕受聘担任了由电影频道节目中心发起的大型公益项目“脱贫攻坚战——星光行动”的星光调研员，深入基层开展相关工作。翌年六月，霍思燕夫妇又共同参与了首档扶贫融媒体互动节目《脱贫攻坚战星光行动》的录制。在节目中，他们详细回顾了去年跟随节目组前往湖北宣恩进行实地探访的经历，深入了解了当地宣恩贡茶、白柚以及特色旅游产业的具体发展状况，并与大家分享了他们的见闻与思考。此后不久，夫妇二人还特意带着儿子嗯哼再次重返宣恩，以持续的关注和亲身参与支持当地的扶贫与发展事业。
霍思燕在演艺生涯中曾塑造过众多充满悲情色彩的影视剧角色，她总是能够将这些命运坎坷的人物演绎得既唯美又极具感染力。在电视剧《最后的格格》中，她所扮演的云香格格经历了异常曲折的人生历程，其命运的多舛与情感的挣扎深深牵动着观众的心弦，使人们不由自主地随着角色的遭遇而心潮起伏。霍思燕在处理悲情戏份时显得游刃有余，即便不依赖任何外部辅助，也能在需要时自然而然地落下眼泪，展现出扎实的表演功底与深厚的情感驾驭能力。此外，在某一组杂志写真中，霍思燕也呈现了截然不同的形象：她时而身穿蓝白条纹衬衫，展现出俏皮而率真的一面；时而又换上撞色拼接毛衣，显得格外活泼灵动。她那甜美可爱的笑容中，还隐约透出几分妩媚与性感的气质，整体宛若一个充满朝气又带着俏皮感的年轻女孩，充分展示了其作为演员的多面可塑性。