Après son service militaire, Ulrich Mühe suit des cours à l’école de théâtre « Hans Otto » de Leipzig à partir de 1975, et ce jusqu'en 1979. Après ses études, Mühe est engagé au « Städtisches Theater » de Karl-Marx-Stadt (actuelle Chemnitz). Puis en 1982, il est invité par Heiner Müller à rejoindre sa troupe à Berlin. En 1983, il rejoint le Théâtre National de Berlin, où il convainc les spectateurs, dans des rôles comme Egmont de Goethe en 1986, Philotas ou le patriarche de Nathan le sage de Lessing en 1988. Il se distingue en particulier dans le rôle d'Hamlet mis en scène par Heiner Müller en 1989.
Depuis 1983, Mühe a joué dans divers films et téléfilms. Il incarne notamment Theodor Lohse dans Das Spinnennetz (La Toile d'araignée), film dénonçant le conformisme et l'arrivisme meurtrier des dirigeants du parti nazi.
Marié en secondes noces, de 1984 à 1990, à la comédienne Jenny Gröllmann avec laquelle il eut son troisième enfant, l'actrice Anna Maria Mühe, Ulrich Mühe épouse ensuite une autre comédienne, Susanne Lothar (1960-2012). Il vécut avec elle et leurs deux enfants Sophie Marie et Jacob à Berlin.
Tombe d'Ulrich Mühe au cimetière de Walbeck (Saxe-Anhalt).
En 2006, il incarne un agent de la Stasi, Gerd Wiesler, dans La Vie des autres de Florian Henckel von Donnersmarck. Ce film, très grand succès public et critique, constitue sa consécration mondiale[2]. Ce rôle lui vaut le prix du meilleur acteur principal du film allemand et le prix du meilleur acteur du film européen en 2006, ainsi que le prix Goldene Henne (La Poule d'Or). À l'occasion d'entretiens sur le film, il a évoqué les contacts informels qu'aurait eus sa deuxième épouse Jenny Gröllmann avec la Stasi[3]. Celle-ci a porté plainte devant le tribunal régional de Berlin contre l'éditeur du recueil d'entretiens et contre Mühe lui-même. Lors du procès, elle témoigne sous serment qu'elle n’a jamais collaboré en connaissance de cause avec le ministère de la sûreté de l'État. Faute de preuve du contraire, la cour se prononce en faveur de Jenny Gröllmann et interdit la diffusion de l'ouvrage. L'appel de Mühe sera rejeté par la cour[4].
Peu après la remise des Oscars en , il est opéré à cause d'un cancer de l'estomac[5]. Il meurt des suites de la maladie le dans sa résidence d'été à Walbeck (Saxe-Anhalt) et il est enterré dans cette ville le .
