신동욱은 2001년 영화 '노랑머리 2'의 단역으로 첫 데뷔한 후, 2002년 연극 '햄릿'에서 햄릿 역으로 연극 무대에 나서며 연기 경험을 쌓았다. 2003년 KBS 공채 20기 탤런트로 정식 선발되면서 본명 신화식에서 신동욱으로 예명을 바꾸고 새출발을 선언했다. 2004년 드라마 '알게 될거야'를 거쳐 2005년 SBS 화제작 '홍콩 익스프레스'의 조연으로 발탁되었고, 2006년 KBS 주말드라마 '슬픔이여 안녕'에서 시청률 30%를 돌파하며 배우로서의 진가를 드러냈다. 이후 노도철 PD의 '소울메이트'에서 주연으로 발탁되어 당시 20~30대들에게 많은 인기를 얻었다. 2010년 군 입대 중 건강상의 문제로 2011년 복합부위통증증후군 진단을 받고 의병 제대했으며, 이후 투병 생활을 하면서 첫 장편소설 '씁니다, 우주일지'를 집필하기도 했다. 다양한 드라마와 영화, 예능 프로그램에 꾸준히 출연하며 대중과의 접점을 유지하고 있는 배우다. 2022년 우리는 오늘부터에서 이강재 역을 맡았다. 2021년 지금, 헤어지는 중입니다에서 윤수완 역을 맡았다. 2021년 너를 닮은 사람에서 정선우 역을 맡았다.