原籍客家的范植伟成长于台湾新竹县竹东镇，家有4兄弟姊妹，他排第3，不到16岁时只身到台北华岗艺术学校夜校部念戏剧，念书时曾当起临时演员，在电视剧中出演只有一两句台词的闲角，1997年在《春光乍泄》偶尔出现银幕上，直至1999年与友人到导演张作骥的电影工作室试镜，获邀参与电影《黑暗之光》的演出，正式踏出银幕之旅。
在《黑暗之光》中，范植伟扮演一位外省老兵的儿子阿平，母亲早亡，阿平在军校打架而被退学，老爸决定回大陆定居，把儿子交给昔日军中好友、现在的黑道大哥照顾，但他一直叫人忘记这次演出，认为感情控制太幼嫩。此后接连主演了《晴天娃娃》、《车正在追》、《咸豆浆》、《美丽时光》等。
2002年成为他备受注目的一年。该年，他凭《咸豆浆》演泽启文一角，夺得第24届法国南特影展最佳男主角；同年11月以《美丽时光》而夺得新加坡电影节最佳男主角及入围第39届金马奖最佳男主角。
2003年，他主演电视剧《孽子》，剧中扮演李青一角，在学校内与好友发生同志关系，给父亲赶出家门，戏中出现多场内心戏，其演出令他入选金钟奖“连续剧男主角”，而在《美丽时光》的演出则引起导演王家卫的青睐，被泽东电影公司签约旗下，与梁朝伟、张曼玉等人属同一公司，同期参与电影《2046》及《地下铁》的演出。《孽子》作者白先勇形容：“他的眼神非常动人，不论男女，很难不被他吸引。”王家卫指“他是一个天使与魔鬼的混合体，具有致命诱惑力。”刘嘉玲亦说他有梁朝伟年轻时的气质，在多位名人的赞赏下，他亦开始在台湾以外的影圈渐为人熟悉。
他亦迷上重金属音乐，曾与与他扮演同志友人的杨祐宁一同组成业余乐队，并在电影《地下铁》的原声大碟中录过一些歌曲，但在音乐路上并未有显著成就；2006年在竹东镇信义路开设一间华山台球场。
2010年与泽东公司解约 ；4月因不当发言及负面新闻，导致形象严重受创；6月其主演的《就是要香恋》正式首播，虽然范植伟一反以往忧郁小生的形象，在剧中演绎阳光男孩的表演虽获剧组及观众肯定，但是受范植伟此前失言风波困扰以及在多部偶像剧同时夹击下收视低迷 ；10月范植伟首度与内地导演孟京辉合作话剧《柔软》 。
2011年在电影《爱情斗阵》出演主角李博文 。2012年在电影《岁月无声》中出演主角马卫国。
2013年范植伟迁居北京，签约内地经纪公司。2014年7月，主演都市情感电影《我想结婚的时候你在哪》；11月，在《奇妙世纪》中一人分饰两角，分别饰演了事业型男和爱妻子的居家好男人 。
2015年5月，主演悬疑惊悚片《张震讲故事》 ；12月，主演电影《一路向爱》。
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