于海10歲時就遠赴上海邊上學邊踢球，早年就小有名氣而被上海足協的少年梯隊招納。由於作為少年業餘足球球員要到初中畢業後再根據實際情況決定繼續學業還是從事職業足球。于海學業刻苦而成為450度的近視。
2004年，年僅17歲的于海雖然所屬仍在上海足協，但以租借方式進入了上海國際一線隊參加中超聯賽，以其表現及年齡優勢吸引了海外俱樂部的注意。他曾入選上海十運會足球隊，是隊中唯一兩名不是來自於上海申花的球員，另一名是國際隊友鄭濤。
2007年，于海加盟荷蘭足球甲級聯賽維特斯，7月進入一線隊，9月出戰荷蘭甲級聯賽，並荷蘭杯比賽中攻入了中國球員在荷蘭的第一個入球。登陸荷甲後無多久就受重傷，休戰了一年。2008年，于海在備戰奧運會時再次撕裂了十字韌帶，被迫又休養一年，不但無緣中國國奧隊的最終名單，還被俱樂部於夏天解約。
于海返回中國傷愈後，2009年初已經改名陝西中新的原上海國際隊最終決定將其永久簽下，據悉轉會費相當高。[2]
2009年于海入選中國國家隊[3]；2009年6月4日友誼賽對陣沙特阿拉伯是他的第一場國際A級賽。
2010年2月10日在東亞四強賽對韓國的比賽中攻入一球，並以上3-0的比分是的中國國家男子足球隊32年來首次戰勝韓國隊。
2013年12月，于海憑藉在中國足協盃決賽首次兩回合的三粒進球，使貴州人和3:2戰勝廣州恆大，奪得冠軍。
2024年1月5日，于海宣布退役。[4]之後于海擔任上海海港U21隊伍助理教練。[5]