2004年、『下弦の月?ラスト・クォーター』で映画初主演。

2005年、資生堂「MAQuillAGE（マキアージュ）」の広告に起用される[7]。スティーヴン・セガール主演の映画『イントゥ・ザ・サン』のアヤコ役で出演。

2006年、「第3回The Beauty Week Award 2006の女優のロングヘア部門」を受賞[8]。

2007年、映画『エクステ』主演。連続ドラマ『ハゲタカ』（NHK）、『特急田中3号』（TBS）に出演。10月1日、「第7回ベストレザーニスト賞」を受賞[9]。11月、2007年度のベストドレッサー賞を受賞[10]。

2010年2月、OVA作品『機動戦士ガンダムUC』(episode1)の主題歌である『流星のナミダ』で歌手デビュー[注 2]。香港の有力ラジオ局「RTHK」のJ-POPウィークリーチャートにて1位を獲得、アメリカのMTV Iggyでは大特集が組まれた[11]。2010年、11月14日、さいたまスーパーアリーナで開催された「第45回マーチングバンド・バトントワーリング関東大会」にゲスト出演し、「可能性ガール」を披露。これが栗山自身初ライブとなった。

2011年2月12日、渋谷AXで開催された「Winter'11 バレンタインスペシャルライブ supported by Ghana」にスペシャルゲストとして出演。「コールドフィンガーガール」と「決定的三分間」の2曲を披露した。

2011年10月、『秘密諜報員 エリカ』（読売テレビ）でテレビドラマ単独初主演、主題歌も担当。『塚原卜伝』（NHK BSプレミアム・BS時代劇）にヒロイン役で出演。NHK朝の連続テレビ小説『カーネーション』に出演。3本の出演ドラマが同時期に放映されることになる。

2012年10月20日より全国公開される『エクスペンダブルズ2』においてハリウッド映画声優に初挑戦する[12]。

2013年、『ATARU』（TBS）の蛯名舞子役で雑誌『TVnavi』の読者が選ぶ「ドラマ・オブ・ザ・イヤー2012」の最優秀助演女優賞を受賞[13]。

2014年3月、「アジア・フィルム・アワード（AFA） 特別セレモニー」にて「アジア・ライジング・スター賞」を受賞[14]。

2015年8月25日、雨に濡れたフロアで転倒して右足を複雑骨折。全治2か月と診断され、翌26日に手術を受ける[15]。10月10日、『図書館戦争-THE LAST MISSION-』の舞台あいさつで、骨折後初めて公の場に姿を見せた[16]。

2020年3月23日、公式ツイッターを開設[3]。所属事務所のスペースクラフト・エンタテインメントを退社して独立することを発表した[3]。

2022年、金沢市で行われた金沢百万石まつりでまつ役を演じた。
人物・エピソード.mw-parser-output .ambox{border:1px solid #a2a9b1;border-left:10px solid #36c;background-color:#fbfbfb;box-sizing:border-box}.mw-parser-output .ambox+link+.ambox,.mw-parser-output .ambox+link+style+.ambox,.mw-parser-output .ambox+link+link+.ambox,.mw-parser-output .ambox+.mw-empty-elt+link+.ambox,.mw-parser-output .ambox+.mw-empty-elt+link+style+.ambox,.mw-parser-output .ambox+.mw-empty-elt+link+link+.ambox{margin-top:-1px}html body.mediawiki .mw-parser-output .ambox.mbox-small-left{margin:4px 1em 4px 0;overflow:hidden;width:238px;border-collapse:collapse;font-size:88%;line-height:1.25em}.mw-parser-output .ambox-speedy{border-left:10px solid #b32424;background-color:#fee7e6}.mw-parser-output .ambox-delete{border-left:10px solid #b32424}.mw-parser-output .ambox-content{border-left:10px solid #f28500}.mw-parser-output .ambox-style{border-left:10px solid #fc3}.mw-parser-output .ambox-move{border-left:10px solid #9932cc}.mw-parser-output .ambox-protection{border-left:10px solid #a2a9b1}.mw-parser-output .ambox .mbox-text{border:none;padding:0.25em 0.5em;width:100%;font-size:90%}.mw-parser-output .ambox .mbox-image{border:none;padding:2px 0 2px 0.5em;text-align:center}.mw-parser-output .ambox .mbox-imageright{border:none;padding:2px 0.5em 2px 0;text-align:center}.mw-parser-output .ambox .mbox-empty-cell{border:none;padding:0;width:1px}.mw-parser-output .ambox .mbox-image-div{width:52px}html.client-js body.skin-minerva .mw-parser-output .mbox-text-span{margin-left:23px!important}@media(min-width:720px){.mw-parser-output .ambox{margin:0 10%}}

出典は列挙するだけでなく、脚注などを用いてどの記述の情報源であるかを明記してください。記事の信頼性向上にご協力をお願いいたします。（2011年10月）

インドア派で、趣味はアニメ、ゲーム、少年漫画、読書など。『AKIRA』などのフィギュア収集をしている。きっかけとなったのは、『新世紀エヴァンゲリオン』。同作の登場人物・綾波レイが理想の女性であり、渚カヲルが理想の男性であると公言している[17]。声優の林原めぐみと石田彰のファンでもある。最近では『侵略!イカ娘』や『夏目友人帳』がお気に入りである。

ガンダムシリーズのファン。見始めたきっかけは小学校低学年の頃に、それまで会話のきっかけがつかめなかった11歳年上の兄[18]とレーザーディスクでガンダムを一緒に見て「ガンダムの話題なら会話できる」と感じたため[19]。なお、千明と名付けたのは兄である[20]。

その後、アニメ『機動戦士ガンダムUC』の主題歌歌手として起用された。その際、それを記念してオーストラリアのスプリングブルック天文台が販売したユニコーン座の星の命名権[21][注 3]を贈られ、「CHiAKi KURiYAMA星」と名づけると発表。

漫画『GANTZ』のファンで、作者の奥浩哉と対談した際には作品中の黒いスーツ姿で登場した。その際、作中に自分も出して欲しいと懇願し、黒髪の女（あだ名：きるびる）のモデルとなった。実写で撮ることがあるなら是非出演したいとも語っている。

好きなアーティストは、マイ・ケミカル・ロマンス、宇多田ヒカル、椎名林檎、アヴリル・ラヴィーン、L'Arc?en?Ciel、UVERworld、安室奈美恵など。特に、UVERworldに関してはファンとも発言しており、彼らの特別番組のナレーションを担当したことがある[22]。

好きなブランドはヴィヴィアン・ウエストウッド。

特技は、新体操、バレエ[2]。

入浴にかなりのこだわりを持っており、8時間をかけて入浴をすることもある[23]。

視力は両目2.0である[24]。