2003年、ハリウッド映画『ラスト サムライ』で映画初出演。トム・クルーズ演じる主人公と心を通わす少年・飛源を演じて、第30回サターン賞では若手俳優賞にノミネートされた。

映画『鉄人28号』（2005年公開）では1万人を超える中から主人公・金田正太郎役に選ばれ映画初主演を果たす[1]。

2007年、大河ドラマ『風林火山』では武田勝千代（信玄の少年期）および、その息子である武田勝頼の二役を演じた。

2009年、『連続人形活劇 新・三銃士』で人形劇の声優に初挑戦した。2006年に放送された『新選組!! 土方歳三 最期の一日』で市村鉄之助を演じたときの池松の芝居が脚本の三谷幸喜の印象に残っていたことがきっかけで主人公、ダルタニアン役に指名された。ダルタニアンの顔は池松がモデルにもなっている[6]。高校卒業までは地元福岡で過ごす事に重点を置き、大学進学を機に東京に移る[7]。
2010年代

2010年5月にブルーシャトルからホリプロに移籍。2013年に大学を卒業してからは役者の道一本となり意欲的に多彩なジャンルの作品に出演[8]。

2014年、映画『ぼくたちの家族』や『紙の月』などの演技が評価され、その年の多くの映画賞の助演男優賞を受賞。ドラマ『MOZU』シリーズでは双子の殺し屋・百舌を一人二役で演じ、第39回エランドール賞・新人賞を受賞した。

2017年、『映画 夜空はいつでも最高密度の青色だ』では現代の市井に生きる若者を演じ、ヨコハマ映画祭主演男優賞など市民映画賞を続けて受賞する[9]。

2018年、塚本晋也監督が初めて時代劇を手掛けた映画『斬、』で主演を務め、第75回ヴェネツィア国際映画祭のコンペティション部門に出品された[10]。

2018年に主演を務めたドラマ『宮本から君へ』が2019年に映画化。この作品は2012年から真利子哲也監督と池松で映画化する企画が進んでいたが、途中で何度も頓挫しドラマ化を経て7年越しでやっと映画化に至った[11][12]。この映画での演技が評価され、第93回キネマ旬報ベスト・テンなど主要な映画賞の主演男優賞を受賞した[13]。
2020年代

2021年、石井裕也監督が初のオール韓国ロケで現地のスタッフとタッグを組んだ映画『アジアの天使』で韓国に渡ったシングルファーザーの主人公を演じ、第20回ニューヨーク・アジアン映画祭でライジングスター・アジア賞を受賞した[14]。

同年9月、仮面ライダー生誕50周を記念した映画『シン・仮面ライダー』の主人公・本郷猛 / 仮面ライダー1号役に抜擢された事が発表され、2023年3月に全国公開された[15]。

新たな挑戦をするため、2023年8月末日をもって13年間所属したホリプロを退社し独立した[16]。
人物

福岡大学附属大濠高校[17]、日本大学藝術学部映画学科監督コース卒業[8]。

姉は元劇団四季の女優・池松日佳瑠[18]。4人兄弟で下に妹と弟がいる[19]。父は福岡で会社経営をしている[18]。

子どものころの夢は野球選手で、『ラスト サムライ』のオーディションでも俳優ではなくイチローみたいな野球選手になりたいと答えていた[3]。

小学校から高校まで仕事と両立させながら野球部に所属[20]。1番バッターでポジションはセンター[21]。