受験したものの当日居眠りして試験を受けず、不合格となってしまったため進学していない。1999年のドラマ「サイコメトラーEIJI2」で俳優としてデビューする。2001年、NHK連続テレビ小説「ちゅらさん」で主人公の弟役を演じて注目された。2003年の「ウォーターボーイズ」が民放のテレビドラマ初主演となり、一躍有名になる。2005年には「電車男」で初の映画単独主演を果たし、見事に“ヲタク”を演じきった。2007年「クローズZERO」ではブルーリボン賞助演男優賞にノミネートされ、この作品以降、「イキガミ」などの作品でワイルドな役柄を演じることが増えているようだ。2010年に米雑誌の「世界の注目俳優10人」では、日本人として唯一紹介されている。その他にも「GANTZ」「闇金ウシジマくん」「悪の教典」「新宿スワン」「バクマン。」など数々のヒット作に出演、独特な存在感でワイルドからコミカルな役まで何でもこなす“カメレオン俳優”と言われている山田孝之は、これまで数多くの賞も受賞した。テラフォーマーズ」の出演が決定している。らとの親交が深いようである。山田孝之の熱愛彼女は、何かと世間を騒がせている元モーニング娘。加護亜依と噂されていた。彼女は2000年~2004年8月まで、モーニング娘。以前出演した番組で、加護亜依はモーニング娘。時代の元彼エピソードを暴露していたようだ。加護亜依のエピソードとは、当時熱愛中だった彼氏の家に突然行き、合鍵で中に入ったところ、彼氏の浮気現場をバッチリ目撃してしまったというものであった。その時はショックで慌ててそこから立ち去り、次の日にメールすると「勝手に来るんじゃねぇよ!」と逆切れされたのだとか。このエピソードを元に書かれた記事を見ると、加護亜依の元カレは山田孝之だと言っているようだが、そもそも彼女は元彼の名前は出していない。色々な推測から山田孝之にたどり着き、後付けされたという可能性もありそうだ。本当に加護亜依の熱愛相手が山田孝之だったかどうかは、明らかになっていないようである。