Budapesten született, operaénekes édesanyja révén már kisgyerekként a művészetek közelébe került. Az iskolában elsősorban a történelem és a költészet érdekelte, Arany János Toldija, Csokonai Vitéz Mihály versei ragadták meg. A Színház- és Filmművészeti Főiskola elvégzése után néhány évadot Debrecenben és Veszprémben, majd két évet a Nemzeti Színházban töltött, egy interjúban színházi mesterének Latinovits Zoltánt és Őze Lajost nevezte meg. 1979-től a Mafilm színtársulatában dolgozott, 1983-ban a Székely Gábor és Zsámbéki Gábor irányításával induló, legendássá vált Katona József Színház társulatának lett alapító és meghatározó tagja. 1989-ben visszatért a Nemzetibe, a kilencvenes évek elején rövid ideig a Labdatér Teátrum művészeti vezetője volt. Féléves amerikai távollét után 1994-ben csatlakozott a Székely Gábor vezette, újonnan alakult Új Színházhoz, 1999-től a Radnóti Színház tagja volt négy éven át. 2013 óta a székesfehérvári Vörösmarty Színház tagja.

Az elmúlt évtizedben több színházban is színpadra lépett. A debreceni Csokonai Színházban Móricz Zsigmond Úri muri című darabjának egyik főszerepét alakította, játszott a Szegedi Szabadtéri Játékokon Az ember tragédiájában, Friedrich Schiller Don Carlosában az Új Színházban és Székesfehérvárott, a Thália Színházban Virág elvtársat alakította Bacsó Péter A tanú című kultuszfilmjének színpadi változatában. A Nemzeti Színház több előadásában is szerepelt: Euripidész Oresztész című drámájában Meneláoszt formálta meg (2008), a Körhinta című legendás film színpadi változatában (2015) a főhősnő, Mari apját alakította. Csaknem kétszáz színházi bemutatója volt. A legnagyobb klasszikus szerepeket játszhatta el, Shakespeare, Moliére és orosz drámák főhőse volt, sokszor gondoltak rá magyar darabok színpadra állításakor is. Mozgékony, robbanékony, nyugtalan és nyughatatlan alkat, szerepformálásaiban korunk zaklatottsága lüktet, a legtöbbször töprengő és gyötrődő, boldogtalan hősöket személyesít meg.

Cserhalmi György és Zala Márk Zolnay Pál rendezővel az Arc forgatásán, 1970-ben (fotó: MTI/ Friedmann Endre)

Több mint kétszáz filmet forgatott, egy időben állandó szereplője volt Jancsó Miklós filmjeinek. Dolgozott Szabó Istvánnal, Makk Károllyal, Sára Sándorral, Bacsó Péterrel, Mészáros Mártával, főszereplője volt a filmnyelvet megújító Bódy Gábor több művének (Agitátorok, Amerikai anzix, Nárcisz és Psyché), a rendező Győrben vele vitte színpadra a mára legendássá vált Hamletet. Játszott történelmi témájú alkotásokban (80 huszár, Szirmok, virágok, koszorúk, A hídember, A temetetlen halott, Vadászat angolokra, Utolsó jelentés Annáról). Emlékezetes alakítást nyújtott a társadalmi kérdéseket boncolgató, Dögkeselyű című krimiben, a nemzedéke életérzését tükröző A nagy generációban, az Ottlik Géza kisregényéből forgatott Hajnali háztetőkben, a mára kultuszfilmmé vált Kontrollban.

Nem kis szerepe volt abban, hogy a Zelary című cseh háborús témájú filmet 2003-ban Oscar-díjra jelölték. Az elmúlt tíz évben játszott a Márai Sándor regénye nyomán készült Eszter hagyatékában, Jancsó Miklós Mátyás királyról szóló Oda az igazság! című történelmi drámájában Kinizsi Pál volt, az Így, ahogy vagytok című filmben Makk Károly instruálta. Az ügynöktémát feldolgozó, Drága besúgott barátaim című filmjében lánya, Cserhalmi Sára rendezte. Szerepet kapott Kamondi Zoltán utolsó munkájában (Halj már meg!), egyik főszereplője volt a Mundruczó Kornél rendezte Jupiter holdjának, és játszott Mészáros Márta legutóbbi filmjében, az Aurora Borealis – Északi fényben.

Temessy Hédi és Monori Lili társaságában a Filmszemlén, 1977-ben (MTI/Friedmann Endre)

Az egykor első osztályú vívóként is ismert színész soha nem vett igénybe kaszkadőrt, a hitelességre törekedve Az igazi Mikulás című filmhez alapfokon még zongorázni is megtanult. 1973-ban a Jankovics Marcell rendezte János vitézben az ő hangján szólalt meg a címszereplő. A tévében ő vezette a Múlt-kor című televíziós történelmi magazint. A sokoldalú színész készített zenés lemezt is (Básti Julival a Hallgass kicsit, Novák Péterrel Eklektikon címmel). A Férfi és nő című zenés műsorban Básti Juli, Udvaros Dorottya és Kulka János társaságában többször is fellépett Dés László és Bereményi Géza dalaival. Színházi rendezőként Zalaegerszegen Arthur Miller Pillantás a hídról című drámáját és a Villa Negra című komédiát állította színpadra, Debrecenben a Boldogult úrfikoromban című darabot, amelyet Krúdy Gyula regényéből Parti Nagy Lajos írt. Cserhalmit szoros kapcsolat fűzi a hajdú-bihari megyeszékhelyhez: ő jegyzi Szebeni András fotóművész Debrecenről szóló albumának kísérőszövegét. Székesfehérváron is rendez, színpadra állította David Pownal Mesterkurzus című színművét és Reginald Rose bűnügyi játékát, a Tizenkét dühös embert.

Mundruczó Kornél Felesleges ember című filmjének forgatásán, 2016-ban (MTI Fotó/Kallos Bea)

Megkapta a Balázs Béla-díjat, az érdemes művész címet, 1990-ben Kossuth-díjjal tüntették ki. Több alkalommal nyerte el a magyar filmszemlén a legjobb férfi alakítás díját, illetve a filmkritikusok elismerését. 2003-ban az Európai Unió filmes életműdíjával tüntették ki. 2005-ben Prima Díjat kapott, 2013-ban neki ítélték a makói önkormányzat Páger Antal Színészdíját. 2014-ben megkapta a Gábor Miklós-díjat a Vörösmarty Színház Lear király című előadásának címszerepében nyújtott alakításáért, és a Nemzet Színészének választották a címet viselő művészek. Néhány éve a Kaposvári Egyetemen tanít, harmadéves diákjai osztályvezető tanáraként színészmesterséget oktat.

Nemzedékének egyik legkarizmatikusabb színészegyénisége (forrás: MTI Fotó/Kallos Bea)

Nemzedékének egyik legkarizmatikusabb színészegyénisége az elmúlt egy évben térd-, majd gerincműtéten esett át, tervezett színpadi visszatérése a Nemzeti Színház Úri muri című előadásában néhány hónapot késik. Január közepén hosszú idő után lépett fel a nyilvánosság előtt, a magyar sportolók díjátadó gáláján énekelt Udvaros Dorottya társaságában.