早年經歷
父親是西服店老闆，兄長是日本著名演員渡哲也。1968年畢業於早稻田大學法學部。受其兄影響，次年進入東映公司。
演藝經歷
1970年初次主演石井輝男導演的《殺手別傳》，以後多在片中擔任一些反派角色。1974年主演中島貞夫導演的《唐獅子警察》等片是其早期的代表作。後又主演多部影片，逐漸成為技巧派影星。
1978年因在野村芳太郎導演的《事件》和《赤穗城起義》二片中的演技獲得當年《電影旬報》“藍綬帶獎”，以及第二屆學院獎的最佳男配角獎。進入80年代後，其演技更見成熟，戲路也更寬廣，已經不再是單純的技巧派明星。1980年，連續主演《神仙給的孩子》、《影子軍團·服部半藏》、《震動的舌頭》，因在這三片中的出色演技奪得當年《電影旬報》最佳男主角獎。從此躋身一流影星之列。繼而又拍攝了《青春之門》（與松坂慶子合演）、《青春 之門·自立篇》（與桃井熏合演）、《翻越天城》（與田中裕子等合演）、《南極物語》（與高倉健合演）、以及《首都消失》（與丹波哲郎合演）等許多影片，其在片中的扮演各類角色均有好評。1973年與著名影星大原麗子成婚，1978年離異，次年在與大西保結婚 。
1979年，憑藉電影《事件》獲得第2屆日本電影學院獎最佳男配角獎；同時，憑藉電影《沒有皇帝的八月》獲得第2屆日本電影學院獎最佳男主角獎提名 。
1981年，主演恐怖電影《震動的舌頭》，並憑藉該片獲得第4屆日本電影學院獎最佳男主角獎提名 。
1984年，憑藉電影《時代記的妻子》、《淚橋》獲得第7屆日本電影學院獎最佳男主角獎提名 。
1991年，因參演電影《天與地》、《激動的1750天》獲得第14屆日本電影學院獎最佳男配角獎提名 。
2006年4月，主演朝日電視台系列刑偵劇《警視廳搜查一課9系》，飾演系長加納倫太郎。該劇以第一季單季平均收視率10%以上的成績開拍特別篇及續集，之後也以每年一季的速度續拍，截止2017年已播出至第十二季，且每一季播放結束後都保持了兩位數以上的平均收視率，成為了老牌日劇系列的代表作品之一 。
2008年出演電影《釣魚迷三平》，在劇中飾演主人公的祖父一平。
2010年出演電視劇《歸鄉》與渡哲也在劇中同樣飾演兄弟。渡哲也飾演的哥哥是醫院院長，渡瀨恆彥飾演的弟弟時隔21年回鄉，故事主要講述了他們之間的代溝。
2017年，出演由仲間由紀惠主演的電視劇《無人生還》 。
2018年，為紀念渡瀨恆彥在日本電影業界的貢獻，第41屆日本電影學院獎為他頒發了會長特別獎 。
個人生活
兄長是同為著名演員的渡哲也。雖然祖籍是島根縣，但實際上出生於兵庫縣。
主要作品
參演電影
| 上映時間 | 劇名 | 扮演角色 | 導演 | 合作演員 |
| 2009 | 釣魚迷三平 | 三平一平 | 瀧田洋二郎 | 須賀健太, 冢本高史 |
| 2007 | 半自白 | |||
| 2002 | 我的老闆是耶穌 | Euji | 齋藤耕一 | 奧田瑛二 |
| 1992 | 一碗陽春麵 | Hokkai- Teishujin | 西河克己 | 市毛良枝 |
| 1983 | 穿越天城 | Matsunojo Tajima, the cop | 三村晴彥 | 田中裕子 |
| 1983 | 時代記的妻子 | Yasu-san | 森崎東 | 夏目雅子 |
| 1983 | 南極物語 | Ochi | 藏原惟繕 | 高倉健 |
| 1981 | 漂流 | 森谷司郎 | 北大路欣也 | |
| 1980 | 神名給的孩子 | Shinsaku Miura | 前田陽一 | 桃井薰 |
| 1980 | 震動的舌頭 | Akira Miyoshi | 野村芳太郎 | 十朱幸代 |
| 1979 | 戰國自衛隊 | 矢野隼人 | 齋藤光正 | 千葉真一 |
| 1977 | 恐龍的傳說 | Junji Kurata | Nobiko Sawa | |
| 1976 | 暴走恐慌：大激突 | 深作欣二 | 杉本美樹 | |
| 1975 | 日本仁俠道：激突篇 | Sangoro | 山下耕作 | 高倉健 |
| 1974 | 唐獅子警察 | 中島貞夫 | 小林旭 | |
| 1974 | 學生黑社會 | 菅原文太 | ||
| 1974 | 山口組外傳：九州進攻作戰 | 山下耕作 | 菅原文太 | |
| 1973 | 保膘獠牙 | 鷹森立一 | 千葉真一 | |
| 1971 | 不良番長：黑吃黑 | 野田幸男 | 梅宮辰夫 | |
| 1971 | Zubekô banchô: zange no neuchi mo nai | Mari's friend | 山口和彥 | Reiko Oshida, 伴淳三郎 |
| 1971 | 不良番長：突擊一番 | 內藤誠 | 梅宮辰夫 | |
| 1970-01-01 | 銀蝶候鳥 | 山口和彥 | 梶芽衣子 | |
| 1970-01-01 | Yakuza tokôsô: Jitsuroku Andô-gumi | 佐藤純彌 | 安藤升 | |
| 1970-01-01 | 槍彈的美學 | 中島貞夫 | 杉本美樹 | |
| 1970-01-01 | 實錄飛車角：狼之仁義 | 村山新治 | 菅原文太 | |
| 1970-01-01 | 牛仔布魯斯：沒有明天的無賴派 | Jiro Katagiri | 中島貞夫 | 梶芽衣子 |
| 1970-01-01 | 化石的荒野 | Sosuke Nishina | 長谷部安春 | 夏八木勛 |
| 1970-01-01 | 淚橋 | Kenichi Shirai | 黑木和雄 | Moe Kamura |
參演電視劇
| 上映時間 | 劇名 | 扮演角色 | 導演 | 合作演員 |
| 2017-04-12 | 警視廳搜查一課9系第十二季 | 加納倫太郎 | ||
| 2017 | 無人生還 | 磐村兵庫 | 和泉聖治 | 仲間由紀惠 |
| 2016-04-06 | 警視廳搜查一課9系第十一季 | 加納倫太郎 | ||
| 2015-04-22 | 警視廳搜查一課9系第十季 | 加納倫太郎 | 井之原快彥 | |
| 2011 | 南極大陸 | 福澤克雄 | 木村拓哉, 綾瀨遙 | |
| 2008-04-16 | 警視廳搜查一課9系3 | 加納倫太郎 | 井之原快彥 | |
| 2007-04-25 | 警視廳搜查一課9系2 | 加納倫太郎 | 井之原快彥 | |
| 2006-04-19 | 警視廳搜查一課9系 | 加納倫太郎 | 井之原快彥 | |
| 2003 | 武藏 | 澤庵 | 尾崎充信 | 市川海老藏, 米倉涼子 |
| 1983 | 阿信 | 浩太 | 江口浩之 | 乙羽信子 , 田中裕子 |
獲獎記錄
| 日本電影學院獎 |
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