배우 데뷔 이전까지는 평범한 삶을 살았다. 그러나 원광대학교 시절 들어간 연극 동아리 ‘멍석’에서 난생 처음 기쁨을 느끼고 1년 만에 원광대학교를 자퇴, 무작정 배우가 되겠다고 한국예술종합학교에 들어간다. 이선균은 한국예술종합학교의 1기 출신이었는데, 지금이야 공연예술 분야에서 한국예술종합학교의 명성이 최고 수준이지만 당시에는 장동건이 이 학교에 들어와 장동건 학교라고 불렸다. 당시 입학 면접 때 독백을 못해 떨어질 줄 알고 나가며 쌍욕을 내뱉었는데 그 욕 덕분에 합격했다. 교수의 후일담에 따르면 그 욕에서 이선균의 간절함이 느껴졌다고 한다.

졸업한 후 한동안 백수 생활을 하다가 2001년 MBC 시트콤 《연인들》에서 이윤성의 남동생 배역으로 TV 무대에 첫 데뷔하였다. 이 남동생 역할이 극중 백수 신분이었는데, 누나 친구들에게도 매사에 눈치가 없고 막말을 하거나 누나의 돈을 탕진하기도 하는 사고뭉치스런 행동을 하는 트러블 메이커로 진상스러운 모습을 보여주는 코믹 연기를 보여주면서 숨겨진 신 스틸러로 주목을 받았다. 훗날 이선균은 “촬영 당시 백수였던 자신의 생활과 너무 닮았던 때라서 연기가 수월했다.”라고 이야기를 하기도 했다. 이 때 밀었던 유행어는 “아, 어쩌라고?”였다.

하지만, 시트콤에서 각인된 이미지 때문에 중장편의 캐스팅이 제한되는 면이 있었고 한동안 단막극 위주로 활동하였다. 단막극의 전성기였던 2000년대 초중반에는 베스트극장이나 드라마시티와 같은 단막극에 자주 출연하며 연기파로서 입지를 다져나갔다. 특히 2004년 드라마시티 작품인 《닥터러브》와 《반투명》, 2005년 작품인 《연애》와 《거미여인의 사랑법》 4개의 작품은 최근 진중한 연기를 한 탓에 가려졌던 이선균의 새로운 모습을 보여줬다. 한지혜, 이동건이 주연으로 출연해 큰 인기를 끌었던 드라마 《낭랑 18세》도 사실은 이선균, 한혜진이 출연한 드라마시티 작품이 큰 인기를 끌어 미니시리즈로 만들어졌을 정도이다. 단막극 쪽에서 이선균은 꽤 인기 있는 배우였는지라, 지금도 영상을 구하기가 쉬운 편이다. 이선균의 팬이라면 최소한 《반투명》과 《연애》는 꼭 봐두도록 하자. 워낙 드라마의 퀄리티도 좋지만, 그의 찌질한 연기의 극한을 느낄 수 있다.

2007년에 들어 잊혀가는 배우였던 이선균은 《하얀거탑》의 최도영 역을 성공적으로 연기하면서 큰 주목을 받았다. 철없는 백수 이미지에서 진중한 성격의 내과의로 성공적인 변신이 대비되어 커리어의 큰 전환점이 되었고 이후 《커피프린스 1호점》, 《파스타》, 《골든 타임》 등의 드라마가 모두 성공하면서 입지를 굳혔다. 영화에서는 한동안 부진하였지만 《쩨쩨한 로맨스》, 《체포왕》을 통해 어느 정도 흥행에 성공할 수 있었다. 2012년 《화차》와 《내 아내의 모든 것》으로도 상당한 흥행을 거뒀다.

특이한 목소리와 타칭 꿀성대로 불릴 정도로 그의 트레이드 마크는 목소리인데 본인은 답답한 톤이라 그다지 좋아하지 않는다고 한다. 가끔 목소리 때문에 감정 전달이 제대로 이루어지지 않을 때도 있다. 물론 본인의 연기력으로 이를 극복하지만, 실제로 이선균의 목소리에 대한 반응은 호불호가 꽤 갈리는 편이다. 오히려 그 목소리 때문에 대사 전달력이 떨어진다는 말도 있다. 소위 발음이 뭉개진다고 말하는데 이것은 정말 치명적인 단점이다. 실제로 대사를 단번에 못 알아듣는 사람들도 은근히 있다.[3] 단 그것만 제외하면 딱히 태클을 거는 사람들이 별로 없다. 이선균을 별로 좋아하지 않는 사람들은 십중팔구 이 목소리를 꽉 막힌 듯하여 현실감이 없다고 여기니 양날의 검이다. 그래도 목소리만 놓고 보면 분명 좋은 목소리임이 틀림없다. 《기생충》의 흥행 이후 외국 관객들도 이선균의 목소리가 hot하다며 칭찬하는 것을 보면 국제적으로도 통하는 꿀성대인 듯. 의외일지 모르지만 상당한 애연가로 알려져 있다.

딱딱한 정극부터 로맨틱 코미디까지 넓은 영역에서 안정된 스타일을 보여주는 연기자로 평가받는다. 특히 상대 배우의 매력을 극대화시켜주는 독보적인 경지에 올라있다. 영화, 드라마 가리지 않고 그가 로맨틱 코미디로 성공한 사례를 보면 이선균은 수비적인 입장에서 상대 배우가 마음껏 매력을 발산할 수 있도록 잘 받아주면서 극 전체가 현실감이 돌도록 균형을 맞춰준다. 이런 특징은 정말 특이한 캐릭터가 하나도 아닌 둘이나 등장하는 《내 아내의 모든 것》에서 가장 잘 나타나는데, 임수정과 류승룡 둘 사이에서 균형감을 잃지 않으면서도 설득력 있는 연기를 보여줬다. 이런 특정 덕분에 압도적인 연기력의 원톱 영화보다는 원톱을 받쳐주는, 그렇다고 쉬운 역도 아닌 섬세한 부분이 필요한 배역에 자주 호명되는 편이다.

반면 정극의 경우는 《화차》의 경우처럼 원톱으로 나가는 힘도 있고, 감독에게 맞춰주는 능력도 있다. 예산 부족에 시달렸던 《화차》 촬영시에는 장비 대여료 문제로 말도 안되는 요구가 많았는데도 이선균이 다 받아줬다고 변영주 감독이 고마워했을 정도다. 카메라 여러 대를 사용해야 하는 장면을 카메라 한 대로 여러 번 촬영한다거나, 고가의 장비를 대여했을 경우에는 영화 감정라인을 무시하고 장비가 쓰이는 부분들부터 먼저 촬영했다거나 하는 등의 에피소드가 많았다고 한다. 《화차》의 경우 주요 배우들이 출연료도 절반은 영화가 개봉된 후에 받는 계약을 했을 정도로 예산 제약이 심했다.

상기한 내용과 배우 외면에서 언뜻 보이는 이미지와는 반대로 짜증내는 연기가 일품이다. 이러한 면모는 특히 영화 《끝까지 간다》에서 잘 드러난다. 《끝까지 간다》에서의 열연으로 같은 작품의 투톱 주연을 맡았던 조진웅과 함께 2015년 백상예술대상에서 영화부문 남자 최우수연기상을 수상하였다.

2019년 봉준호 감독의 영화 《기생충》에 출연하여 박 사장 배역에 잘 어울리는 연기를 보여주며 호평을 받았다. 그동안 홍상수 감독의 영화 등으로 국제 영화제 참석한 적은 있지만 칸 영화제 레드카펫 참석은 이번이 처음이었다. 《기생충》이 좋은 평가를 받고 역대급으로 시상식을 쓸고 다닌 덕분에 필모그래피에 명작을 하나 추가하게 됐다.