Родился 18 ноября (1 декабря) 1903 года в Твери.
В 1919-1921 годах учился в Петроградской школе русской драмы, педагог Ю.М. Юрьев, в 1920 году ещё студентом вошёл в труппу Большого драматического театра.
В последующие годы работал в Василеостровском театре. В 1924—1926 годах работал в Москве, где играл в бывшем театре Корша. В 1926—1931 годах работал в театрах Махачкалы, Казани, Симферополя. В 1931-1933 годах был актёром Ленингадского Академического театра драмы имени А. С. Пушкина.
В 1934—1937 годах Царёв работал у Мейерхольда, после закрытия Театра им. Мейерхольда вместе с ключевыми актёрами его труппы перешёл в Малый театр.
С 1937 года — актёр Малого театра.
Директор Малого театра (1950-1963, 1970-1985), с 1985 года - художественный руководитель театра.
В кино — с 1932 года, дебютировал в фильме «Победители ночи». В основном — в экранизациях спектаклей. Один из выдающихся представителей классической школы Малого театра, продолжающий традиции бережного отношения к речи, тщательно отработанной пластике.
С 1941 года — преподаватель в Театральном училище имени М.С. Щепкина, с 1962 года — профессор.
Председатель правления ВТО (1964—1986).
С 1959 года — Президент советского Национального центра Международного института театра.
Автор книг «Что такое театр» (1960) и «Неповторимые мгновенья» (1975). Член ВКП(б) с 1949 года.
Заслуженный артист РСФСР (1942).
Народный артист СССР (1949).
Ушёл из жизни 4 ноября 1987 года в Москве. Похоронен на Ваганьковском кладбище (12 участок).
театральные работы
1934 — «Дама с камелиями» А. Дюма-сына — Арман Дюваль
1938 — «Горе от ума» А. С. Грибоедова, реж. П. Садовский — Чацкий
«Русский вопрос» К. М. Симонова — Смит
«Рюи Блаз» В. Гюго — дон Сезар де Базан
1939 — «На всякого мудреца довольно простоты» А. Н. Островского — Егор Дмитриевич Глумов
«Дети Ванюшина» С. А Найденова - Алексей
«Евгения Гранде» Бальзака - Шарль Гранде
1940 — «Уриэль Акоста» К.Гуцкова - Уриэль Акоста
«Без вины виноватые» А.Н. Островского - Незнамов
1941 — «Отечественная война» И. Я Судакова по роману Л. И. Толстого «Война и мир» - Андрей Волконский
1942 — «Фронт» А. Е. Корнейчука — командарм Огнев
«Калиновая роща» А. Е. Корнейчука — Сергей Павлович Батура
1945 - «Пигмалион» Б. Шоу - Хиггинс
1946 — «За тех, кто в море!» Б. А. Лавренева - Боровский
«Русский вопрос» К. М. Симонова - Гарри Смит
1947 — «Минувшие годы» Н. Ф. Погодина - Черемисов
«Доходное место» А. Н. Островского - Жадов
1948 — «Рюи Блаз» В. Гюго - Дон Цезарь де Базан
«Заговор обреченных» Н. Е. Вирты - Макс Вента
1949 — «Наш современник» («А. С. Пушкин») К Г. Паустовского - Пушкин
«Калиновая роща» А. Е. Корнейчука - Батура
1951 — «Живой труп» Л. Н. Толстого — Фёдор Васильевич Протасов
1953 — «Шакалы» А. М. Якобсона — Аллан О`Коннел
«Эмилия Галотти» Г.Лессинга - Гонзага
1954 — «Крылья» А. Е. Корнейчука — Пётр Александрович Ромодан
1955 — «Макбет» Шекспира — Макбет
1957 — «Село Степанчиково и его обитатели» по Ф. М. Достоевскому — Егор Ильич Ростанёв
1960 — «Иванов» А. П. Чехова
1962 — «Маскарад» М. Ю. Лермонтова — Евгений Арбенин
1963 - «Горе от ума» А. С. Грибоедова - Фамусов
«Луна зашла» Д. Стейнбека - Мэр Оурден
«Нас где-то ждут» А. Н. Арбузова - Юлий Константинович
1966 — «Оптимистическая трагедия» Вс. Вишневского — Вожак
1967 - «Старик» М. Горького - Мастаков
1968 - «Старик» М. Горького - Старик
1969 - «Признание» С. А. Дангулова - Илья Репин
1972 — «Перед заходом солнца» Г. Гауптмана — Маттиас Клаузен
1975 - «Горе от ума» А. С. Грибоедова - Фамусов
1977 - «Заговор Фиеско в Генуе» Ф. Шиллера - Веррина
1979 — «Король Лир» Шекспира. Режиссёр: Леонид Хейфец — Лир
1983 - «Дети Ванюшина» С. Найденова - Ванюшин
1986 - «Человек, который смеётся» по В. Гюго - Урс
Постановки в театре
1942 — «Осада мельницы» по Э. Золя (совместно с Е. П. Велиховым)
1964 — «Светит, да не греет» А. Н. Островского и Н. Я. Соловьёва
призы и награды
Герой Социалистического Труда (1973).
Три ордена Ленина (1964, 1973, ?).
Два ордена Трудового Красного Знамени (1949, 1953).
Орден Октябрьской Революции (1983).
Сталинская премия второй степени (1947) — за исполнение роли капитан-лейтенанта Боровского в спектакле «За тех, кто в море!» Б. А. Лавренёва
Государственная премия СССР (1969) — за исполнение роли Вожака в спектакле «Оптимистическая трагедия» В. В. Вишневского и главной роли в спектакле «Старик» М. Горького.
Государственная премия РСФСР имени К. С. Станиславского (1977) — за исполнение роли Павла Афанасьевича Фамусова в спектакле «Горе от ума» А. С. Грибоедова
роли в кино
1982 Король Лир (фильм-спектакль) :: король Лир :: главная роль
1982 Дети Ванюшина (фильм-спектакль) :: Александр Егорович Ванюшин :: главная роль
1981 Доходное место (фильм-спектакль) :: Аристарх Владимирович Вышневский :: главная роль
1980 Заговор Фиеско в Генуе (фильм-спектакль) :: Верина :: главная роль
1977 Оптимистическая трагедия (фильм-спектакль) :: Вожак
1977 Горе от ума (фильм-спектакль) :: Павел Афанасьевич Фамусов
1976 Признание (фильм-спектакль) :: Илья Алексеевич Репнин
1974 Старик (фильм-спектакль) :: старик :: главная роль
1974 Перед заходом солнца (фильм-спектакль) :: Маттиас Клаузен
1974 Дом Островского (фильм-спектакль)
1958 Поэма о море :: Аристархов
1957 Пигмалион (фильм-спектакль) :: Генри Хиггинс :: главная роль
1956 Крылья (фильм-спектакль) :: Ромодан
1952 На всякого мудреца довольно простоты | There Are Enough Common People for Every Wise Man (фильм-спектакль) :: Егор Дмитриевич Глумов :: главная роль
1952 Горе от ума (фильм-спектакль) :: Александр Андреевич Чацкий :: главная роль
1942 Концерт фронту :: чтец
1937 Остров сокровищ :: доктор Ливси
1936 Гобсек :: старый шарманщик
1934 Дважды рождённый :: Бровко
1933 Гроза :: Борис Григорьевич
1932 Победители ночи (о походе «Малыгина» в 1931 году)
1932 Первый взвод :: Николай Иванович Керенко
озвучивание
1986 Геракл у Адмета (анимационный)
1940 Гибель поэта (документальный) :: стихи за кадром
Режиссер
1982 Дети Ванюшина (фильм-спектакль)
1981 Доходное место (фильм-спектакль)
1977 Горе от ума (фильм-спектакль)
1974 Старик (фильм-спектакль)
1972 Светит, да не греет (фильм-спектакль)
