宮城県仙台市生まれ[7]。聖ウルスラ学院高等学校、上智大学文学部新聞学科卒業[7]。高校在学中、アメリカ合衆国カリフォルニア州ハンティングトンビーチハイスクールに留学した[7]。大学卒業後、1988年にシェアソンリーマン証券日本法人（現リーマン・ブラザーズ）に入社。その後、沖縄ビジネス外語専門学校講師やJSL日本アカデミー副理事長を務めた[8]。

2004年、那覇市議会議員補欠選挙に民主党公認で出馬し[9]、初当選した[10]。2005年、那覇市議に再選を果たすが、再選後に民主党を離党[9]。2007年、沖縄県選挙区選出の糸数慶子参議院議員が沖縄県知事選挙に立候補するため辞職し、それに伴い、4月22日の第16回統一地方選挙後半戦にて実施された補欠選挙に政治団体「アイ・ラブ沖縄！かがやく県民の会」公認（自由民主党・公明党推薦）で出馬[11]。参院補選で当選後、自由民主党に入党し[9]、平成研究会に入会した[11]。

2010年の第22回参議院議員通常選挙では、選挙対策本部長に沖縄県知事の仲井眞弘多を迎え、自民党公認で沖縄県選挙区から出馬。前年の第45回衆議院議員総選挙では自民党が大敗し、衆議院の4つの小選挙区では全て民主党および民主党と選挙協力を行った社民党・国民新党が議席を獲得していたため、島尻は沖縄県選出の唯一の自民党国会議員だった。普天間飛行場の名護市辺野古への移設について、総選挙後は容認の立場だったが[12]、2010年の参院選に際しては、民主党が既に事実上断念していた県外移設を主張した[13]。沖縄県選挙区で社会民主党推薦の山城博治らを破り、再選。

2012年、第2次安倍内閣で内閣府大臣政務官及び復興大臣政務官に任命された。2013年2月、島根県主催の「竹島の日」記念式典に出席した。政府関係者がこの式典に出席したのは初めてである[14]。2014年9月、参議院環境委員長に就任[8]。

2015年10月7日、第3次安倍第1次改造内閣で内閣府特命担当大臣（沖縄及び北方対策・科学技術政策・宇宙政策）に任命され、初入閣した[15]。