1988年，参加香港无线电视艺员训练班第15期后加入演艺圈，随后开始演员生涯。1995年，因在《娱乐插班生》中成功模仿张学友而为人所熟悉。1996年，他开始在电视剧中担任男主角。2000年，林家栋凭借在《茶是故乡浓》饰演男主角方有为获得TVB33周年台庆万千星辉颁奖典礼“我最喜爱的电视角色”；同年，他签约刘德华成为Focus旗下艺人，专攻电影行业。2001年，参演电影《爱君如梦》，获得第21届香港电影金像奖最佳男配角提名。2005年，凭借惊悚片《龙城岁月》获得第11届香港电影金紫荆奖最佳男配角提名。2007年12月至2011年12月，担任香港演艺人协会第八届及第九届理事会的副会长。2008年，在动作电影《叶问》中饰演“李钊”，获得第28届香港电影金像奖最佳男配角提名和第9届华语电影传媒大奖最佳男配角提名。2010年，监制第一部作品《打擂台》。2012年，出演电影《寒战》获得第32届香港电影金像奖最佳男配角奖提名；同年签约寰亚娱乐，除了艺人身份更参与幕后担当监制一职。
2015年，与秦岚合作主演的犯罪推理动作片《别有动机》上映 。2016年，主演悬疑犯罪电影《那年夏天你去了哪里》 。2017年1月16日，林家栋凭借警匪片《树大招风》获得第23届香港电影评论学会最佳男演员奖 ；同年4月，获得第36届金像奖最佳男主角 。
