東京都新宿区の生まれ。本名・渡部篤。10代の頃から演技の世界に足を踏み入れ、NHK大河ドラマ『独眼竜政宗』87、テレビ東京『あぶない少年』87など数本のテレビドラマや、田中登監督「妖女伝説'88」88、和泉聖治監督「この胸のときめきを」88などの映画に本名で出演したのち、1991年のテレビ東京『青春の門』の主人公・伊吹信介役をオーディションで勝ち取って、芸名を“渡部篤郎”と改め、俳優として本格的なデビューを飾る。続く、東陽一監督「橋のない川」92でも大役を任され、新人離れした演技力と超然としたムードで注目の存在に。長崎俊一監督「ナースコール」93、長谷部安春監督「レッスン」94、成田裕介監督「復讐の帝王」95などを経て、大江健三郎原作、伊丹十三監督の「静かな生活」95に出演し、障害を持ったイーヨーの繊細な心の動きを卓抜に表現して、日本アカデミー賞の優秀主演男優賞と新人俳優賞を受賞する。その間の94年、同じ事務所に所属していたタレント・女優の村上里佳子（現・RIKACO）と結婚。当時は一般的にはまだ無名だった渡部との格差婚が話題を呼んだ。その後は、岩井俊二監督「スワロウテイル」96、熊井啓監督「愛する」97、小田和正監督「緑の街」98と話題作に立て続けに出演し、その独特の空気感をまとった佇まいが注目を集める。一方、テレビドラマでも着実に実績を重ね、NHK大河ドラマ『琉球の風』93、『毛利元就』97、フジテレビ『愛の天使』94、テレビ朝日『外科医・柊又三郎２』96などに出演。97年の日本テレビ『ストーカー・逃げ切れぬ愛』では、ヒロイン・高岡早紀を追い詰めるストーカー役の真に迫った怪演が話題となり、一躍ブレイクを果たす。以後も、TBS『ベストパートナー』97、『ラブ・アゲイン』『なにさまっ！』98、フジテレビ『剣客商売』98・99などのドラマで、シリアスからコメディまで多彩に演じ分け、99年のTBS『ケイゾク』99では、中谷美紀演じる天才肌の刑事・柴田純に対し、叩き上げの神経質な刑事・真山徹を演じてコンビを組む。硬質な物語が展開される中でのふたりのコミカルな掛け合いが人気となり、チーフ演出・堤幸彦のトリッキーな映像演出とも相まって、熱狂的なファンを生んだ。翌2000年には完結篇となる劇場版「ケイゾク／映画Beautiful Dreamer」も作られ、中谷とともに柴田と真山のコンビの行く末を抜群の存在感で演じ、同世代を代表する人気俳優の座につく。その後もドラマでの活躍が主となり、日本テレビ『ラビリンス』99、TBS『ビューティフルライフ』00などを経て、日本テレビ『永遠の仔』00では、幼児期のトラウマを抱えて生きる青年・モウルを力演。演技派としての評価をより強固なものとし、フジテレビ『三億円事件・20世紀最後の謎』00、NHK大河ドラマ『北条時宗』01、TBS『恋がしたい恋がしたい恋がしたい』01、『First Love』『愛なんていらねえよ、夏』02、『恋文・私たちが愛した男』03、日本テレビ『幸福の王子』03などに出演を重ねる。映画では、自らプロデュースに挑んだ北村龍平監督の中篇「ヒート・アフター・ダーク」99で巧みなガンアクションを披露したほか、小松隆志監督「JOKER／疫病神」98、合津直枝監督「落下する夕方」98、原田眞人監督「狗神」01、神山征二郎監督「大河の一滴」01など多彩な作品群に出演。三池崇史監督「ゼブラーマン」04では、防衛庁特殊機密調査部の高官を気だるそうに怪演し、脇に回っても独特の感性が光る性格俳優ぶりを見せつける。05年にRIKACOと離婚。前後して、若干仕事をセーブした時期もあったが、05年の滝田洋二郎監督「阿修羅城の瞳」、原隆仁監督「いらっしゃいませ、患者さま。」などで再び第一線に戻り、テレビドラマでもNHK『大化改新』05、『天と地と』07、テレビ朝日『古都』05、TBS『白夜行』06、日本テレビ『戦国自衛隊・関ヶ原の戦い』06など要所を得た好演作が続く。舞台にも立ち、06年にはフランスの二人芝居版『二十四時間の情事』に単身参加して話題を呼んだ。また、以前から中谷美紀のミュージックビデオなどの演出を手がけていたが、08年には自ら主演も兼ねた「コトバのない冬」で初監督にも挑戦。女と男の出逢いをワンシーンワンカット、NGなしの演出で描いた意欲作で、海外の映画祭などで上映されたのち、日本でも10年にようやく劇場公開される。09年の園子温監督「愛のむきだし」では西島隆弘演じる主人公の父親役で、脆さを抱えた聖職者を不安感たっぷりに演じて野心作の核を担った。テレビドラマはほかに、TBS『ROOKIES』08、『ゴッドハンド輝』09、フジテレビ『Room Of King』08、『まっすぐな男』10、『美しい隣人』11、WOWOW『再生巨流』『下町ロケット』11など。主演ドラマのNHK『外事警察』09では、任務のためには手段を選ばない警視庁公安部外事課の冷酷な班長に扮して高く評価され、12年には同作の映画版も公開される。