1995年，余男從大連市第二中學應屆畢業，於當年考入北京電影學院表演系本科班，班主任是謝園。
1999年，大學畢業的余男出演王全安執導的《月蝕》，飾演雅男，這是她主演的第一部電影作品，獲得第4屆法國多維爾亞洲電影節“最佳女演員獎”。2001年，余男憑藉《月蝕》受邀參展法國杜威國際電影節，被法國星探相中，出演法國商業電影《狂怒》。
2003年，余男再次出演王全安執導的電影《驚蟄》，飾演關二妹，以黑黑粗粗的農村女孩形象出現，奪得第23屆中國電影金雞獎最佳女主角獎，和第19屆巴黎國際電影節、第11屆北京大學生電影節、第1屆中國電影表演家協會“最佳女主角”獎。
2006年，通曉英文、法文的余男主持在中國電影資料館舉辦的“讓·雷諾北京見面會暨影片展映”。參演好萊塢影片《權杖》、王小帥的新片《左右》，和 台灣導演李芸嬋的新片《基因決定我愛你》。同年，余男在王全安的第三部作品《圖雅的婚事》中擔任圖雅一角，影片入圍2007年柏林國際電影節競賽單元，斬獲最高榮譽金熊獎，余男奪得華語電影傳媒大獎、芝加哥國際電影節和迦太基國際電影節的“最佳女主角”“最佳女演員”獎項。
2007年3月，余男和吳鎮宇合作《雙食記》，飾演一位美食主持人；拍攝王全安電影《紡織姑娘》。
2010年，參演高群書執導的電影《西風烈》，飾演殺手。與一眾模特登《Elle》 ，全裸出鏡拍環保宣傳片。擔任柏林國際電影節主競賽單元的評審，成為繼鞏俐之後第二位擔任此職的中國女星。
2012 ，與黃渤主演管虎執導的電影《殺生》，飾演一個寡婦，與黃渤有大尺度激情戲。同年參演由美國千禧年影業與樂視影業聯合出品的，由史泰龍、施瓦辛格、李連杰、傑森斯坦森、布魯斯·威利斯等好萊塢動作明星主演的《敢死隊2》，余男飾演來自中國的專門協助布魯斯·威利斯的女科學家Maggie。
2013年，參演陳思誠擔任編劇和導演的電影處女作《北京愛情故事》，飾演張蕾。
2015年，參演的愛情喜劇片《愛我就陪我看電影》於4月30日上映。8月，由夏鋼執導，余男、王千源、南宮民等主演的懸疑愛情電影品質之作《月色撩人》在廣東東莞緊張熱拍。
