2002年于就讀初中二年級時，在社團活動回家路上被星探發掘，但因當時根本搞不清對方在說什么而拒絕了。一個月后SWEET POWER的社長親自到家里來游說，才決定加入演藝圈。

　　2003年在電影《COSMIC RESCUE》女角色試演中合格，娛樂圈初次亮相。也在富士臺的月九檔電視劇《永遠兩個人》最終回中有過亮相。同年，于電視劇手機刑事-錢形舞’中作為地上波電視劇的首次主演。

　　2004年在電影《澀谷鬼怪故事2》中實現電影的首次主演。

　　2005年參演電視劇《野豬大改造》飾演小谷信子（野豬），與龜梨和也和山下智久共同演出。同年，擔任第84屆全國高中足球冠軍大會的應援代言人。

　　2006年獲得2006 Elandor獎 “新人獎”（《ALWAYS 三丁目之夕日》）。同年，獲得第29屆日本Academy電影大獎 “新進演員獎”（《ALWAYS 三丁目之夕日》）。同年，獲得第43屆金箭獎“最佳新人獎 ”（《ALWAYS 三丁目之夕日》）。2006年4月，于春季電視劇《詐欺獵人》與山下智久再度共演，飾演吉川冰柱。同年6月，于電影《鬼來電Final》中與同事務所的黑木明紗共演，飾演主角松田明日香。于10月秋季日劇《鐵板少女小茜!!》中擔任主演，飾演主角神樂茜。

　　2007年于4月春季日劇‘生徒諸君!’中飾演樹村珠里亞，與同事務所的前輩內山理名共演。2007年7月夏季，主演富士電視臺的火9日劇《花ざかりの君たちへ》（原著：《偷偷愛著你》，日劇：《花樣少年少女》），飾演主角蘆屋瑞稀，挑戰女扮男裝，與小栗旬，生田斗真等眾多青春偶像共同出演。

　　2008年于NHK 08年大河劇‘篤姬’中演出德川家茂之妻、皇女和宮。這是繼宮崎葵確定擔任女主角之后第二個確定的角色。秋季擔任富士電視臺的月九《Innocent Love》女主角，飾演秋山佳音。同年，主演電影《東京少年》上映，在片中首次挑戰雙重人格。 ?

　　2009年3月主演富士電視臺3月7、14日播出的特別節目《Chance！～她成功的理由～》飾演河村珠希。2009年，于4月春季日劇主演富士電視臺的火九《我家的男子》，飾演主角峰田千里。 ?2009年12月29日出演電影《レイトン教授と永遠の歌姫》 ，擔任角色路克少年的配音。

　　2010年1月17日首播日劇《不平則鳴2》 飾演：住吉美壽壽。2010年3月27日主演日美合拍的電影《誰かが私にキスをした》（誰吻了我）在日本上映。 飾演：ナオミ -NAOMI。2010年4月9、10、11日富士（CX）50周年SP《わが家の歴史》（我家的歷史）開播，劇中飾演八女波子一角。

　　2010年主演電影《これでいいのだ!!　映畫★赤冢不二夫》， 飾演角色武田初美。

　　2011年1月主演電影《白夜行》上映，出席柏林國際電影節。 ?4月主演TBS電視臺金十《出生》，飾演林田愛美。8月于NTV24時間テレビ初次擔任主持。5月參演由山崎貴導演的《永遠的三丁目的夕陽 64年》 ?。

　　2012年主演NHK晨間劇，擔任NHK平成24年度前期連続テレビ小說《梅ちゃん先生》（小梅醫生）主演，飾演主角下村梅子。出演電影《縣廳款待課》，片中飾演女主角明神多紀。影片《縣廳款待課》2013年5月在日本全國公映。10月16日確定與嵐一同擔任第63屆紅白歌會主持人。 ?

　　2013年出演《ATARU》劇場版、電影《蜩ノ記》 ?，并主演電影《與麥子》，飾演立志成為聲優的主角小巖麥子 ?。主演富士電視臺10月期火九日劇《飛行員小姐》，飾演女飛行員手冢晴 ?。

　　2014年主演舞臺《9days Queen ～九日間の女王～》,演繹英國悲劇女王簡格雷悲慘的一生。 ?7月出演《父親的背影》，挑戰警察角色 ?。10月份接拍日本臺單集特別劇《彼岸花：女人們的犯罪檔案》，飾演毒舌刑警 ?。

　　2015年1月主演電視劇《純白》，飾演一名護士，上演“白衣天使”版“大奧” ?。5月主演舞臺劇《嵐が丘》 ?。

　　2016年1月13日，主演連續劇《彼岸花～警視廳搜查七課～》開播 ?。2月20日，堀北真希以電視劇《彼岸花～警視廳搜查七課～》的角色來宮渚的身份客串出演電視劇《怪盜山貓》第6集 ?。