栾元晖出生于黑龙江省牡丹江市,受家庭氛围的影响,他上小学的时候就会模仿小虎队,还弄了个组合跳霹雳舞,并代表学校进行演出。栾元晖大学就读于中央戏剧学院导演系,他与邓超是大学同年级不同系的同学,他打篮球的时候,邓超则是学校拉拉队队长。2003年,执导话剧《我的野蛮女友》,从而开启了他的导演生涯。2005年,担任军旅剧《石破天惊》的执行导演。2006年,出演胡玫执导的革命剧《浴血坚持》,这是他的首部电视剧作品。2007年,执导MV《歌唱卫士美》。2009年,出演孟京辉执导的话剧《空中花园谋杀案》,在剧中饰演原为房地产大亨的厨师长;同年,与郭涛、刘晓晔共同主演话剧《堂吉诃德》。2010年,执导家庭伦理剧《有爱就有家》,该剧由萨日娜、毕彦君、王阳主演。2011年,出演袁卫东执导的喜剧电影《老大别怕》,这是他的首部电影作品。2012年,参演陈楚河、刘芸、李金哲主演的都市情感剧《艾乐乐的罗曼蒂克》,在剧中饰演“女王的蜜色花园”设计公司的设计总监。2013年,参演孙维民、蒋勤勤、刘小锋主演的谍战电影《一号目标》。2014年6月27日,其参演的爱情喜剧电影《分手大师》上映,在片中饰演“黑露排”组合成员露露,该片上映1个月票房便突破了6.5亿元人民币;同年,与代乐乐、梁超、孙毅鹏联合主演话剧《分娩大师》;此外,他还执导了都市喜剧网络剧《分手大师》。2015年12月24日,与邓超、孙俪共同出演的爱情喜剧电影《恶棍天使》上映,在片中饰演花总的干儿子吉经理。2016年3月21日,与黄轩、王思思、鲍鲲共同出演的年代探案剧《猎人》首播,在剧中饰演魔术师卢永华;同年,与文章、马伊琍、丁勇岱联袂主演谍战剧《剃刀边缘》,在剧中饰演为人阴沉、冷漠的哈尔滨伪满警察厅特务科科长白冷晨。2017年,与聂远、葛天、杜奕衡合作主演犯罪悬疑电影《黑暗迷宫》;7月4日,与靳东、马伊琍、袁泉、雷佳音共同出演的都市情感剧《我的前半生》首播,在剧中饰演因生意失败而导致经济变困难的白光;9月,参加安徽卫视育儿类节目《拜托了妈妈》的录制。2019年4月14日,参演的电视剧《因法之名》播出。6月27日,主演的电视剧《长安十二时辰》在中国大陆播出,在剧中饰演剃面特招。12月17日,参演电视剧《大明风华》在湖南卫视、优酷播出,在剧中饰演朱高燧。2020年,参演电视剧《输赢》,在剧中饰演魏岩。11月19日,参演的电视剧《最初的相遇,最后的别离》定档在优酷播出,在剧中饰演刘伟。12月1日,参演的电视剧《大秦赋》定档在CCTV-8播出,在剧中饰演芈启。2021年2月18日,参演的电视剧《甜蜜》定档在CCTV-8、腾讯视频、爱奇艺播出,在剧中饰演狗剩儿。6月16日,参演的电视剧《我们的新时代》定档在北京卫视、东方卫视、腾讯视频、爱奇艺、优酷播出。