梁林琳中小学时未涉文艺，但中考时因父母喜爱文艺，报名辽宁省艺术学校，并接受话剧团特训，成功以优秀成绩过关。1997年，即将毕业的梁林琳，被正在招人的沈阳军区抗敌话剧团选中，邀请她参军入伍；但她却选择报考中央戏剧学院表演系大专班进修。
2005年，与
李幼斌、
何政军等合作出演抗战剧《
亮剑》，在剧中饰演李云龙的第一任妻子杨秀芹，尽管戏份不多，但杨秀芹在城墙上高喊“开炮，别让我看不起你。”的场景给观众留下了深刻印象。2006年4月，出演根据
方南江同名军旅小说改编而成的军旅情感剧《
中国近卫军》。2008年1月，出演由
张新建执导的年代剧《
闯关东》，在剧中饰演朱开山二儿子朱传武的媳妇秀儿，成功塑造了深入人心的贤妻形象。
2009年12月，与
朱亚文、
齐奎合作主演年代剧《
情系北大荒》，在剧中饰演热情单纯、倔强真诚的沈秀。该剧播出后迅速吸引观众，收视热潮升温；5月，出演由河南省开封一名9岁女孩的真实事迹改编的励志片《
小小心愿》。2010年1月，与
杜淳、
李小冉等合作出演革命历史剧《
南下》，在剧中饰演风风火火、思想进步的妇女干部姜天美。该剧播出后迅速受到山东观众追捧，收视飙升，最高点达15.8%；2月，与
许晴、
任程伟等合作出演情感剧《
同龄人》，在剧中饰演为给乡村的教育事业出份力的女知青林红。
2012年1月，主演由吉首市矮寨交警真实事迹改编的剧情电影《
云中岗亭》；7月，出演首部以南水北调移民为主题的电影《汉水丹心》；11月，出演
范思和执导的抗战剧《
吕梁铁血》，在剧中饰演为革命事业壮烈牺牲的刘改英；12月，与
傅淼、
曹磊等合作主演年代励志剧《
香水佳人》，在剧中饰演贤惠善良的大家闺秀徐蕙茹，受到观众好评，被誉为民国好媳妇的代表。
2014年3月，主演由
臧云飞执导的歌舞军旅剧《
战地黄花分外香》，在剧中饰演英武帅气的军中剧团的白干事。该剧叙事方式新颖，视角独特，引起了观众的热议；12月，与
陈宝国、冯远征等合作主演农村题材剧《
老农民》，在剧中饰演不怕吃苦、积极向上、勤奋有思想的农民韩美丽。该剧开播后收视率飙升，长期占据收视榜前三，成为2014年底的现象级剧王；同年，与
王志飞、
屈玥等合作主演谍战剧《
大上海1931》；2015年9月，与
张子健、
贺刚等合作主演抗战剧《
飞虎队》，在剧中饰演机智勇敢、具有坚定的斗争信念的芳林嫂。
2016年3月，主演由
彭澎执导的乡村喜剧《
龙门村的故事》；7月，与
宋佳伦、
陶思源合作主演纪录片《
毛丰美》，在片中饰演操劳于柴米油盐家庭琐事的农村妇女丁桂霞。随后，她凭借在该剧荣获“第三届巫山神女杯艺术电影周”优秀女配角奖。2017年7月，主演由陈健执导的年代剧《
老字号传奇》，在剧中饰演命途多舛的老板娘姜桂芹。为更好地诠释这一命运多舛的角色，她在开拍前做了充分准备，力求让角色形象更加丰满。
2021年8月，在《
理想之城》中饰演刘姐。该剧播出四周，收视稳步上升，收官周CCTV8收视1.274%，单频道第3；东方卫视收视0.856%，地方卫视单频道第3。2022年4月，梁林琳在《
运河风流》中饰演马彩英，首次挑战此形象，她深入揣摩角色内心，力求展现情感变化，展现大家闺秀风范。
梁林琳以其对表演的严谨态度与百变的角色演绎，在电影《毛丰美》的拍摄期间，不仅认真研读剧本，还在真实的环境下加入了她的艺术加工，完美的塑造出了一个功勋村官的贤内助形象；与此同时，她还特意为了影片专门学习了当地方言，用心诠释角色的态度可见一斑。（新浪网评）
梁林琳最大的表演风格就是“不动声色”，而恰恰在这种不动声色中，她沉稳细腻的表演，很好的诠释了人物的丰富内涵，也为角色赋予了崭新的生命力。同时，在电视剧《沸腾的群山》中，她也凭借其精湛的表演和认真的态度，塑造出一个既刚毅正直又温柔如水的女干部形象。（演员宋佳伦评）