在1999年，王皓進入國家隊並且逐漸成為隊內的主力隊員，在2002年奪得了埃及公開賽的冠軍。
在2004年雅典奧運會，王皓遇到了職業生涯中最大的挫折，在奧運會決賽彙總以2比4負於韓國選手柳承敏，屈居亞軍，這次失利也成為王皓永遠的痛。此後，王皓多次在重大比賽決賽中失利，這也讓他獲得了“千年老二”的稱號。
在2008北京奧運會負於隊友馬琳，2012年倫敦奧運會敗給隊友張繼科，也讓王皓成為了奧運會上最悲情的英雄。
在2013年，王皓與自己相戀3年的女友閆博雅結婚，總教練劉國樑和隊友張繼科等人出席了王皓婚禮。不過王皓在感情上有些“大男子主義”，由於熱愛舞蹈的妻子在綜藝節目中表現過於開放，王皓曾公開表示希望妻子可以回家相夫教子，不要再涉足娛樂圈。
在退役之後，王皓成為八一隊的教練，並且帶領八一男隊奪得了乒超聯賽的冠軍，王皓也成為了冠軍少帥。