新木优子读小学的时候就曾经被星探发掘 。2008年5月24日，首次担任主演 的银幕处女作《锚を投げろ》在日本上映 ；11月，在阿部宽主演的暗黑校园电影《青鸟》里饰演了女学生片山舞。2009年11月，参演香里奈主演的社会职场剧《真我霓裳》第7集 。2010年，参演根据推理小说作家凑佳苗同名原作改编的悬疑电影《告白》。2011年，与大政绚、染谷将太等人合作出演了剧情片《说谎的男孩与坏掉的女孩》。2012年7月，在与安田章大、莲佛美沙子、远藤要等人联袂出演的奇幻日剧《屠龙青年团》里饰演了憧憬东京生活的女孩“ユカ” 。2013年5月5日，在白石隼也主演的特摄剧《假面骑士Wizard》的第34、35集中登场 ；同年11月，与吉仓葵、柳乐优弥合作共演的青春爱情电影《能不能原谅你，我想想看》在日本上映。2014年，新木优子开始担任集英社杂志《non-no》的专属模特 ；同年10月1日，与音乐组合Galileo Galilei合作的单曲PV《Mrs. Summer》公开 。2015年，在与中川大志、武田玲奈、山崎紘菜合作出演的漫改日剧《监狱学园》里饰演了性格阳光明朗的女学生横山杏子 ；10月10日，与特林德尔·玲奈、森宽和联合出演的美食剧《在蒂凡尼吃早餐 第1季》在日本NTV电视台播出 ；同年，新木优子还与尾藤亚衣、小桥宏美、仁科爱联袂出演了悬疑电影《家族游戏》中的单元故事《贫乳俱乐部》 。2016年1月30日，首次担任主演的温情电影《风之信》在日本上映 ；7月，在北川景子主演的社会剧《卖房子的女人》中饰演了对卖房的事情漠不关心的前台小姐室田まどか ；同月，新木优子还主演了富士电视台出品的科幻剧《ラブラブエイリアン》，这也是其首次担任连续剧的主演 ；9月24日，与志田未来、龙星凉等人联袂出演的纯爱电影《爱哭鬼皮埃罗的婚礼》在日本首映 ；同年还主演社会题材电影《INTERN》，饰演宽松世代的主人公 ，该片于2016年秋上映。2017年，搭档中岛裕翔联袂出演由人气作家濑尾麻衣子小说改编的电影《明天也有好吃的饭》，并在片中扮演一名性格开朗向上的女生上村小春 。