最も影響を受けた俳優には高倉健と渥美清を挙げている[要出典]。

俳優としては山田洋次監督の映画『幸福の黄色いハンカチ』（1977年 松竹）がスタートであり、デビュー作ながら日本アカデミー賞最優秀助演男優賞を受賞する演技を見せた。同監督作品の『男はつらいよ 寅次郎わが道をゆく』（1978年（昭和53年） 松竹）にも出演。『刑事物語』シリーズ（1982年 - 1987年 東宝）の片山刑事役で、本格的な中国拳法、秘門派「蟷螂拳」や自ら考案した「ハンガーヌンチャクによるアクションシーン」を披露したり、個性派俳優としても活躍。ハンガーヌンチャクを使う殺陣上ではハンガーを振り回している最中、指から摩擦で煙が出てきた逸話をもつ。

一時期ジャッキー・チェンの髪型を真似たほどの自他共に認めるジャッキー・ファンで、『刑事物語3・潮騒の詩』ではジャッキーとの共演を熱望していたらしいが、ギャラの折り合いがつかず断念したという話がある。なお本作のオープニングのビルからの落下は『プロジェクトA』でジャッキーが時計台から落下する場面のパロディで、またラストのヒットマンとの野原での対決は『ヤングマスター 師弟出馬』のラストの死闘のパロディである。

テレビドラマへの進出について武田は「僕は吉田拓郎さんみたいな歌手になりたかった。でも、どうあがいてもなれなかった。それで仕方なく横に流れたんですね。それはテレビに出るということです。もう、今はなんてことないけど、当時はテレビに出ないというのがフォークシンガーのステータスでね。荒井由実、小椋佳、吉田拓郎、井上陽水..といった主流がテレビに出るのを拒否していたんです。そんな時に僕がテレビに出たもんだから風当たりが強くてね、当時は相当きつかった」などと話している[13]。1970年代は『あこがれ共同隊』（TBS、1975年）のようにニューミュージック系歌手がゲスト出演したり端役で出るというケースはあったが主役級で出演するようなことはなかった。1979年（昭和54年）6月に土曜ワイド劇場枠『戦後最大の誘拐 吉展ちゃん事件』（テレビ朝日）で犯人役を演じて話題を呼んだ泉谷しげると共に、同年の10月からスタートした『3年B組金八先生』（TBS）の主役に抜擢された武田は、俳優兼ニューミュージック系歌手の先駆けといえる[14]。やはり『2年B組仙八先生』（TBS、1981年）から、早めにテレビに進出したなぎら健壱は「テレビ出演拒否はもういいと、わりあい早い時期に気づいた武田や泉谷なんかが今も生き残っている」と話している[14]。

テレビドラマは、1979年（昭和54年）にスタートした『3年B組金八先生』（TBS）の坂本金八役を担当。2007年までシリーズ化された。大河ドラマ『徳川家康』（1983年（昭和58年））での豊臣秀吉役、『太平記』（1991年〈平成3年〉）での楠木正成役、『101回目のプロポーズ』（1991年 フジテレビ）でのさえない中年・星野達郎役などを演じている。

2006年（平成18年）、大河ドラマ『功名が辻』で主人公・山内一豊の古参の家来・五藤吉兵衛役のオファーがあったが、『竜馬がゆく』の敵役（土佐藩上士）の先祖を演じることに抵抗があり、当初は拒否したという。後にNHK側から「土佐に入る前に死んでしまう役ですから」と説得され、出演することとなった。共演の前田吟とともに、「これが最後の大河出演」と決めていたらしいが、『龍馬伝』で前言を撤回、龍馬の師の勝海舟を演じている[注釈 8]。NHKでのハイライト放送では勝役を「俳優業の集大成」、そして「先生冥利に尽きる」と語っている[出典無効]。

『金八先生』シリーズの各卒業式で生徒に贈る言葉は最初は3行の台本を20分掛けて喋るというが、直近のシリーズではスタッフがわざと台本の台詞部分を空白にして全て武田のオリジナルで語っている。

また、同作品中で「人と言う漢字は、人と人が互いに支え合っている」と説明する場面があるが、漢文学者で古代漢字学の第一人者である白川静の著書で「人と言う字は支えあっていない」と言う事を知り、深く衝撃を受けたという[15]。

2017年に『水戸黄門』で水戸黄門シリーズにおける6代目の水戸黄門を演じるが、その役どころを「いたわりを強要したり、老いのずるさもあって完璧なご老公じゃない。助さんも『この、くそじじい』と言うしね」と明かしている[16]。そしてこの役を引き受けたのは「これは老いの（老人の役をやっていくための）練習」であることを理由としている[17]。また武田は6代目に抜擢される20年前に東洋水産の『マルちゃん赤いきつねと緑のたぬき』のCMで既に水戸黄門を演じており、役柄も散々な目にあうという本編と変わらないキャラクターとなっている。