演劇ユニット「TEAM NACS」メンバー。　　深夜番組「水曜どうでしょう」(HTB)で鈴井とレギュラー出演後、全国放送のドラマに出演。　数々のドラマ、映画に出演し、主演作品も多数。　映画「探偵はBARにいる」(‘11/橋本一監督)では第24回日刊スポーツ映画大賞・石原裕次郎賞・第35回日本アカデミー賞優秀主演男優賞を受賞。　他、「しあわせのパン」(‘12)「ぶどうのなみだ」(‘14)(ともに三島有紀子監督)、「そらのレストラン」('19/深川栄洋監督)など北海道にゆかりのある作品に多く出演している。　2014年公開の映画「青天の霹靂」('14/劇団ひとり監督)では第6回TAMA映画賞にて最優秀男優賞を受賞、2015年公開の映画「駆込み女と駆出し男」(‘15/原田眞人監督)にて第58回ブルーリボン賞主演男優賞受賞、第39回日本アカデミー賞優秀主演男優賞を受賞。　舞台でも三谷幸喜作品に多く出演する他、TEAM NACS第13回公演「下荒井兄弟のスプリング、ハズ、カム」では自ら脚本・演出を手掛けたのち、2012年に「下荒井兄弟のスプリング、ハズ、カム」を原作とする「親父がくれた秘密～下荒井5兄弟の帰郷」(テレビ東京系)が放送。　2013年には自身の過去8年間に渡るエッセイ連載をまとめた『大泉エッセイ～僕が綴った16年』(メディアファクトリー)を出版するなど、ジャンルを問わず広く活動している。　2017年には「探偵はBARにいる3」('17/吉田照幸監督)で第41回日本アカデミー賞優秀主演男優賞を受賞した。　2019年主演を務めた「そらのレストラン」は、日本映画初の米国ソノマ国際映画祭にて外国映画最優秀審査員賞を受賞、サン・セバスティアン国際映画祭に、カリナリー部門(食部門)にも正式出品されている。