2002年于就读初中二年级时，在社团活动回家路上被星探发掘，但因当时根本搞不清对方在说什么而拒绝了。一个月后SWEET POWER的社长亲自到家里来游说，才决定加入演艺圈。2003年在电影《COSMIC RESCUE》女角色试演中合格，娱乐圈初次亮相。也在富士台的月九档电视剧《永远两个人》最终回中有过亮相。同年，于电视剧手机刑事-钱形舞’中作为地上波电视剧的首次主演。2004年在电影《涩谷鬼怪故事2》中实现电影的首次主演。2005年参演电视剧《野猪大改造》饰演小谷信子（野猪），与龟梨和也和山下智久共同演出。同年，担任第84届全国高中足球冠军大会的应援代言人。 2006年获得2006 Elandor奖 “新人奖”（《ALWAYS 三丁目之夕日》）。同年，获得第29届日本Academy电影大奖 “新进演员奖”（《ALWAYS 三丁目之夕日》）。同年，获得第43届金箭奖“最佳新人奖 ”（《ALWAYS 三丁目之夕日》）。2006年4月，于春季电视剧《诈欺猎人》与山下智久再度共演，饰演吉川冰柱。同年6月，于电影《鬼来电Final》中与同事务所的黑木明纱共演，饰演主角松田明日香。于10月秋季日剧《铁板少女小茜!!》中担任主演，饰演主角神乐茜。2007年于4月春季日剧‘生徒诸君!’中饰演树村珠里亚，与同事务所的前辈内山理名共演。2007年7月夏季，主演富士电视台的火9日剧《花ざかりの君たちへ》（原著：《偷偷爱着你》，日剧：《花样少年少女》），饰演主角芦屋瑞稀，挑战女扮男装，与小栗旬，生田斗真等众多青春偶像共同出演。 2008年于NHK 08年大河剧‘笃姬’中演出德川家茂之妻、皇女和宫。这是继宫崎葵确定担任女主角之后第二个确定的角色。秋季担任富士电视台的月九《Innocent Love》女主角，饰演秋山佳音。同年，主演电影《东京少年》上映，在片中首次挑战双重人格。 2009年3月主演富士电视台3月7、14日播出的特别节目《Chance！～她成功的理由～》饰演河村珠希。2009年，于4月春季日剧主演富士电视台的火九《我家的男子》，饰演主角峰田千里。 2009年12月29日出演电影《レイトン教授と永远の歌姫》 ，担任角色路克少年的配音。2010年1月17日首播日剧《不平则鸣2》 饰演：住吉美寿寿。2010年3月27日主演日美合拍的电影《谁かが私にキスをした》（谁吻了我）在日本上映。 饰演：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》（我家的历史）开播，剧中饰演八女波子一角。2010年主演电影《これでいいのだ!!　映画★赤冢不二夫》， 饰演角色武田初美。2011年1月主演电影《白夜行》上映，出席柏林国际电影节。 4月主演TBS电视台金十《出生》，饰演林田爱美。8月于NTV24时间テレビ初次担任主持。5月参演由山崎贵导演的《永远的三丁目的夕阳 64年》 。2012年主演NHK晨间剧，担任NHK平成24年度前期连続テレビ小说《梅ちゃん先生》（小梅医生）主演，饰演主角下村梅子。出演电影《县厅款待课》，片中饰演女主角明神多纪。影片《县厅款待课》2013年5月在日本全国公映。10月16日确定与岚一同担任第63届红白歌会主持人。 2013年出演《ATARU》剧场版、电影《蜩ノ记》 ，并主演电影《与麦子》，饰演立志成为声优的主角小岩麦子 。主演富士电视台10月期火九日剧《飞行员小姐》，饰演女飞行员手冢晴 。2014年主演舞台《9days Queen ～九日间の女王～》,演绎英国悲剧女王简格雷悲惨的一生。 7月出演《父亲的背影》，挑战警察角色 。10月份接拍日本台单集特别剧《彼岸花：女人们的犯罪档案》，饰演毒舌刑警 。2015年1月主演电视剧《纯白》，饰演一名护士，上演“白衣天使”版“大奥” 。5月主演舞台剧《岚が丘》 。2016年1月13日，主演连续剧《彼岸花～警视厅搜查七课～》开播 。2月20日，堀北真希以电视剧《彼岸花～警视厅搜查七课～》的角色来宫渚的身份客串出演电视剧《怪盗山猫》第6集 。