1990年開始專業訓練乒乓球；1996年進入八一隊；1998年底入選國家二隊，1999年亞洲少年錦標賽男單冠軍；2000年初升入一隊。2004年雅典奧運會不敵柳承敏（韓國），獲得男單亞軍。2008年北京奧運會男單亞軍。2008年乒乓球世界杯男單冠軍，2009年世乒賽男單冠軍，2010年世界杯男單冠軍，2010年廣州亞運會男子雙打冠軍。2011年8月27日，入駐國際乒聯名人堂。2011年，王皓惜敗隊友張繼科，獲世乒賽男單亞軍。2012年倫敦奧運會，乒乓球男子單打亞軍。王皓攜手張繼科、馬龍在乒乓球男子團體賽中獲得冠軍。