父は俳優・舞踏家の麿赤兒、兄は映画監督の大森立嗣。93年、映画「サザンウィンズ」（93）の第4話「トウキョウ・ゲーム」に出演。96年、市川準監督が演出するCMに出演したのをきっかけに本格的に俳優業に取り組む。三池崇史監督「殺し屋1」（01）で映画初主演を果たし、廣木隆一監督「ヴァイブレータ」（03）でキネマ旬報日本映画助演男優賞などを受賞。07年のNHKドラマ「ハゲタカ」では作品とともに高く評価され、引き続き主演を務めた09年の映画版で日本アカデミー賞助演男優賞を受賞した。その他の出演映画に「さくらん」（07）、「アキレスと亀」（08）、「西の魔女が死んだ」（08）、「フィッシュストーリー」（09）などがある。NHK大河ドラマ「龍馬伝」（10）での武市半平太役の熱演も注目を浴びた。
