Cserhalmi Budapesten született, a Színház- és Filmművészeti Főiskola elvégzése után néhány évadot Debrecenben és Veszprémben, majd két évet a Nemzeti Színházban töltött, 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.
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.
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.
Az ügynöktémát feldolgozó, Drága besúgott barátaim című filmjében lánya, Cserhalmi Sára rendezte, egyik főszereplője volt a Mundruczó Kornél rendezte Jupiter holdjának, és játszott Mészáros Márta legutóbbi filmjében, az Aurora Borealis - Északi fényben.
