소년 같은 이미지가 인상적인 박해일은 연극무대에서 활동을 시작. 2000년 연극 <청춘예찬>(극단 동숭무대)으로 백상예술대상 연극부문 신인상을 수상했다. 그리고 <청춘예찬>에서의 연기를 인상깊게 본 임순례, 봉준호, 박찬옥 감독이 자신들의 영화에 캐스팅 하면서 영화에 데뷔하게 된다.
임순례 감독의 <와이키키 브라더스>에서 주인공 `성우`의 어린시절을 연기하면서 스크린에 데뷔한 박해일은 <살인의 추억>에서 선과 악을 구분짓기 모호한 살인 용의자를 섬뜩할 정도로 연기해내며 잠깐이지만 깊은 인상을 남긴다. 그리고 <질투는 나의 힘>과 <국화꽃 향기>에선 주연배우로 올라섰다. 여러 영화들에서 순수하고 풋풋한 청년부터 뻔뻔한 남자에 이르기까지 언제나 새로운 모습을 선 보이며 매 작품마다 좋은 평가를 받고 있다.
2006년 3월 11일 방송작가 서유선씨와 결혼했다.