2014年、NHK連続テレビ小説『花子とアン』出演期間中に、2015年上半期放送の『まれ』のオーディションに参加し、2020人の応募者の中からヒロインに選ばれる[18][19]。ヒロインのキャラクターが活発なイメージということから、役作りのためにデビュー以来のトレードマークだったロングヘアを40cmも切った[20]。今作では、オープニング・テーマ曲「希空?まれぞら?」の1番の作詞を担当した。なお、2番の歌詞は一般公募で、土屋も審査に参加した[21]。
2017年、初めての洋画吹替となった劇場アニメ『フェリシーと夢のトウシューズ』では、主題歌「Felicies」の作詞と歌唱も担当した[22][23]。
2018年12月30日、『第60回輝く!日本レコード大賞』（TBS）で、安住紳一郎（TBSアナウンサー）と共に総合司会を務める[24]。
2019年1月19日より12月19日まで日本テレビ系バラエティー番組『ぐるぐるナインティナイン』の企画「グルメチキンレース・ゴチになります!」で、「パート20」のメンバーとしてレギュラー出演した[25][26]。
2019年12月30日、『第61回輝く!日本レコード大賞』（TBS）で、安住紳一郎と共に総合司会を務める（2年連続）[27]。
2020年12月10日、Netflix制作の主演ドラマ『今際の国のアリス』が全世界同時配信された[28][29]。
2023年1月1日、GENERATIONS from EXILE TRIBEの片寄涼太との結婚と第1子妊娠をあわせて発表した[4][30]。
2023年2月11日、WOWOWプライム配信のアクターズ・ショート・フィルム3『Prelude?プレリュード?』で監督・脚本デビューした[31]。
2023年8月29日、自身のInstagramを更新し、第1子を出産したことを報告した[32]。なお、出産日や性別については明かさなかった[33]。
人物
憧れの人物はエンヤ、中島美嘉、柴咲コウ、CHARA（みんな自分の声を持っているから）、トム・クルーズ[34]、ジョニー・デップ、香川照之、蒼井優[35]。
尊敬する人は家族[34]。父親は秋田県出身、母親は広島県生まれで九州出身[注 2]。兄弟は、2歳上の姉（土屋炎伽（ほのか・ (1992-08-26) 1992年8月26日（31歳））[36]と、2歳下の弟（土屋神葉（しんば・ (1996-04-04) 1996年4月4日（28歳））[37]がいる。親戚にはバリトン歌手の土屋広次郎がいる[38]。
「心の師匠」として挙げる人物は佐藤健[39]、出川哲朗、イモトアヤコ、鈴木亮平[40]。
座右の銘は「自分を信じる」「感謝」「ごはんをよく噛む」[41]。テレビ東京のドラマ『鈴木先生』公式サイト内のプロフィールでは「LAST ONE STANDING」「感謝と初心を忘れない」を挙げている[42]。
『鈴木先生』（2011年4月 - 6月放送。同年9月7日に『完全版 DVD-BOX』発売）の先行版DVD『鈴木先生?2-A 僕らのGo！Go！号外版?』（8月10日発売）の発売記念イベントにて、長谷川博己が演じる主役の鈴木章との妄想シーン撮影時のエピソードを尋ねられた際、「原作を読んだ時には、これは放送出来ないのでは？と驚いたが、自分はこの作品にお嫁に行くんだなと思い、覚悟を決めて取り組んだ」と当時の決意を明かした。
お笑いコンビ・ダウンタウンの浜田雅功の次男・未乘とは同じ私立幼稚園、私立小学校出身で、土屋が小学4年生の時に『HEY!HEY!HEY! MUSIC CHAMP』（フジテレビ）を視聴した次の日の授業参観で、浜田の存在を知った[43]。
2016年10月8日の『オールスター感謝祭』（TBS）で「赤坂5丁目ミニマラソン」に出場し、女子の1位となる（総合8位）[44]。
俳優の野村祐希（野村将希の次男）とは、3歳からの幼なじみ[45][注 3]。
『まれ』（2015年のNHK連続テレビ小説）のヒロインを務めたことがきっかけで、2016年10月に輪島観光大使および白米千枚田オーナー制度特別名誉会員に就任した。
ブログを頻繁に更新し長文を掲載していることで知られる[46]。2016年8月23日に更新が途切れた際には、そのこと自体がニュースの一部として報じられた[47]。
2016年12月16日、Instagramを始める[48]。ブログと同様な長文のキャプションを付けての投稿が多い。
直筆の筆跡はフォントのように整然とそろった“マス目文字”と呼ばれるタイプ[49]。
滑舌をよくするために舌の一部の除去手術をしたり、役作りのためトレードマークだったロングヘアを40cm切ったりしたこともあり、そんな土屋のストイックさに大物俳優やタレントたちからの評価も高い[50]。
『トリガール！』で共演した間宮祥太朗とは「太鳳」「祥太朗」と下の名前で呼び合うほど仲良しだったと話題になったこともある[50]。
朝ドラは、『あまちゃん』のオーディションも受けたことがあり、その時は一次で落ちたとのこと[51]。
『花子とアン』の頃には、コンビニエンスストアでアルバイトをしていたことがある[52]。
ロッテのCMを長く務めていたこともあり、千葉ロッテマリーンズの本拠地・千葉マリンスタジアムでの始球式を複数回務めた。