三船敏郎出生于山东省青岛市。1924年，年仅4岁的三船敏郎随父母迁往大连。1938年，三船敏郎在大连高中毕业后，帮父亲经营照相馆，不久就在当地应征入伍，加入满洲陆军第一航空队，战争爆发后他在航空队做摄影师。1946年，26岁的三船敏郎才第一次回到日本；同年，报考东宝电影公司，并参加了东宝新人选拔的面试，被录为候补演员。
1947年，出演谷口千吉执导的剧情电影《银岭之巅》，这是他的首部电影作品，从而正式进入演艺圈。
1949年3月13日，其主演的剧情电影《静夜之决斗》首映；10月17日，与志村乔合作主演的悬疑电影《野良犬》上映，在片中担纲男主角，饰演在公车上被扒手偷了手枪的刑警村上五郎。
1950年4月30日，与李香兰搭档主演的剧情电影《丑闻》上映，在片中担当男主角，饰演画家青江一郎 ；8月25日，其主演的惊悚悬疑电影《罗生门》上映，在片中担纲男主角，饰演在京都臭名远扬的盗贼多襄丸 。
1951年5月23日，与原节子、森雅之联合主演的剧情电影《白痴》上映；10月26日，其主演的动作电影《佐佐木小次郎：岩流岛决斗》上映。
1952年4月3日，与田中绢代共同出演的剧情电影《西鹤一代女》首映。1953年10月21日，其参演的战争电影《太平洋之鹫》上映。
1954年4月26日，其主演的动作电影《七武士》上映，在片中饰演富有正义感和向上精神却不具备德操和武功的冒牌武士菊千代；同年，主演稻垣浩执导的动作电影《宫本武藏》，该片获得了第28届奥斯卡最佳外语片奖。1955年1月3日，其出演的犯罪电影《男性第一名》上映；同年，其主演的剧情电影《天下泰平》、《天下泰平2》相继上映。
1958年4月22日，其主演的剧情电影《无法松的一生》上映；12月28日，其主演的剧情电影《战国英豪》（又名《暗堡里的三恶人》）上映，在片中饰演男主角真壁六郎太 。
1959年1月1日，其主演的剧情电影《日本诞生》上映，在片中一人分饰二角，分别饰演了倭建命、须佐之男。1960年8月14日，其主演的剧情电影《男对男》首映。
1961年4月25日，与仲代达矢合作主演的动作电影《用心棒》（又名《大镖客》）首映，在片中饰演机智勇猛、周旋于两帮恶人间的浪人武士桑畑三十郎，并凭借该片获得第26届威尼斯电影节最佳男演员奖，成为日本电影史上首位获此殊荣的演员 ，他还因此被美国《首映》杂志2006年4月刊评选为“电影历史上最杰出的100次表演”第78名。
1962年1月1日，改编自山本罔五郎同名小说的剧情电影《椿三十郎》上映，三船敏郎在片中饰演外貌邋遢的武士椿三十郎 ；同年，获得日本电影记者会奖最佳男主角奖。1963年3月1日，根据爱德·马克贝恩的小说《国王的赎金》改编的悬疑侦探电影《天国与地狱》上映，三船敏郎在片中饰演白手起家的鞋业公司董事权藤今吾 ；同年，他还首次担任导演及制片人，自导自演了动作电影《五十万人的遗产》。
1965年3月4日，其主演的剧情电影《红胡子》上映，在片中饰演关注底层人民、充满人道主义精神的医生红胡子，并凭借该片获得第30届威尼斯电影节最佳男演员奖。1966年，与詹姆斯·加纳联袂主演剧情电影《霹雳神风》。
1967年，主演冈本喜八执导的战争电影《日本最长的一天》，在片中饰演陆相阿南惟几。1968年，与加山雄三合作主演战争电影《山本五十六》。1969年8月13日，由丸山诚治执导的战争电影《日本海大海战》上映，三船敏郎在片中饰演日本海军司令东乡平八郎 。
1970年1月15日，其主演的剧情电影《座头市与用心棒》上映 。1971年9月15日，与查尔斯·布朗森、阿兰·德龙、乌苏拉·安德丝合作主演的动作电影《龙虎群英》在法国上映，在片中饰演日本大使黑田重兵卫 。
1978年1月21日，其参演的动作电影《柳生家族的阴谋》首映。1979年12月13日，由斯蒂芬·斯皮尔伯格执导的战争电影《一九四一》上映，三船敏郎在片中饰演三田村舰长。
1980年8月2日，由舛田利雄执导的战争电影《二百三高地》上映，三船敏郎在片中饰演明治天皇。1982年10月30日，其主演的剧情电影《制霸》首映。
1984年4月28日，与时任三郎、藤谷美和子共同出演的犯罪动作电影《冲绳小子》上映；同年，他还在大河剧《山河燃烧》中饰演了主人公天羽贤治的父亲天羽乙七。
1986年春季，被日本政府授予“紫绶褒章”。1987年9月26日，与中井贵一、泽口靖子、若尾文子合作主演的奇幻电影《竹取物语》首映，在片中饰演加耶的父亲竹取 。1989年，出演熊井启执导的剧情电影《千利休：本觉坊遗文》。1992年，与卢·戴蒙德·菲利普斯合作主演冒险电影《冰川猎奇》。
1993年春季，被授予三等功“瑞宝章”。1995年，参演秋吉久美子、奥田瑛二主演的剧情电影《深河》，该片是他的最后一部电影作品。1997年，获得第52届每日电影奖特别奖。
1950年，三船敏郎与日本女演员吉峰幸子结婚；11月25日，三船敏郎的长子三船史郎诞生。后来，他与女演员喜多川美佳的婚外情被曝光，便与妻子吉峰幸子分居；在此期间，他与姘居的喜多川美佳生下一个女儿，取名为三船美佳 。1992年，三船敏郎由于心肌梗塞病倒，凭借此机会回到了正妻吉峰幸子的身边。
三船敏郎晚年患有轻度的痴呆症。1997年12月24日，三船敏郎因多处肾脏器官衰竭逝世，享年77岁。
2014年10月19日，第1届京都国际电影节颁出了为三船敏郎特别设立的“三船敏郎奖”，旨在表彰有实力成为国际影星的演员，而获得该奖项的演员则意味着被授予“三船接班人”的称号。
