Estrella adolescente de los 90 cuando protagonizó la serie Doogie Howser M.D., quien volvió a la palestra tras interpretar el papel de Barney Stinson en la serie How I Met Your Mother de la cadena CBS. También apareció en películas como The Smurfs, Undercover Brother y Harold and Kumar go to White Castle. En el 2014 ganó un premio Tony por su participación como protagonista del musical Hedwig and the Angry Inch.
Se graduó con honores de la secundaria La Cueva, gracias a su involucramiento en el departamento de teatro.
Prestó su voz para el papel del beagle Lou en la película del 2010 Cats and Dogs: Revenge of Kitty Galore. Fue nombrado por la revista Time como una de las 100 personas más influyentes del 2010. En el 2015 fue el anfitrión de la entrega de los premios Óscar.
Se casó con el también actor David Burtka en septiembre del 2014. Juntos tuvieron mellizos a través de una madre sustituta, llamados Harper y Gideon, en el 2010.
Co-protagonizó How I Met Your Mother junto a Alyson Hannigan.
