黄薇是湘阴人，9岁时被送到岳阳市少儿艺术团学习，11岁考入湖南省歌舞团，结业后进入广州军区战士文工团，担任舞蹈演员，2006年退伍，并考入中央戏剧学院表演系2006级本科班，毕业后进入北京人民艺术剧院。

2009年6月，在由中国古典名著改编的同名话剧《桃花扇》中饰演传奇女子李香君的义母李贞丽；同年，在毕业话剧《三姐妹》中饰演一人分饰奥尔加、玛莎。

2010年6月22日，领衔主演的话剧《浪漫的时光》在北京朝阳9剧场进行首轮演出。

2011年8月，参演北京人艺引进的第一部百老汇轻喜剧《大酒店套房》。

2013年3月，出演的农村轻喜剧《幸福生活万年长》播出；10月，参演杨立新重排的话剧《小井胡同》，之后逐步进入影视圈；同年，在唐大年、王海共同执导的民国剧《乞丐大掌柜》中饰演大银行家姚泽圣的女儿姚珍珍。

2014年，在齐星执导民国刑侦反腐剧《破晓》中饰演沈氏实业的女公子沈曼；同年，在林兆华执导的人艺话剧《公民》中饰演溥仪的最后一任妻子李淑贤。

2015年2月，与于洋、孙茜共同主演抗战胜利70周年献礼剧《黄河在咆哮》，在剧中饰演抗日民主政权的副县长黎英，该剧入围第30届中国电视剧飞天奖优秀电视剧奖；7月，领衔主演根据兰战文工团同名话剧改编的主旋律电影《太阳河》，在片中饰演红军总部卫生队队长廖崇光。

2017年3月28日，客串出演的反腐电视剧《人民的名义》在湖南卫视播出，饰演汉东省检察院反贪局科级侦查员陈群芳。

外形温婉、大气的黄薇是荧屏上的青衣型女演员，其多变的表演风格、亲和而又不失鬼马的形象，让观众看到一个优秀女演员的独特魅力。在电视剧《黄河在咆哮》中，黄薇的演绎不仅把主人公黎英的刚毅和柔软裹挟着丰富层次传达出来，而且造型上的干练、爽朗也把观众一下子就拉回到时代长河的特定年代里，导演谷锦云称赞黄薇的扮相是具有英气的女红军。