東京都北区出身[3][5]。ホリプロ所属。
来歴2007年の「ハリー・ポッターと不死鳥の騎士団」ジャパンプレミアにて

1996年、中学2年生の時に歌手・華原朋美に憧れ、第21回ホリプロタレントスカウトキャラバン「PURE GIRLオーディション」で2万人近い応募者の中からグランプリを受賞し[1][6]、芸能界入り。1997年、ドラマ『海峡』で女優デビュー[3][注 1]。

1998年、スカウトキャラバンの出身者を中心に結成されたアイドルユニット「HiP」に参加（翌年夏の「HiP」卒業までラジオ番組やイベントなどに出演）。同年夏に放送された、金城武主演ドラマ『神様、もう少しだけ』でHIVに感染する女子高生を演じ、一躍脚光を浴びた[3][7]。

1999年、『鬼の棲家』でドラマ初主演[3]。同年5月[8]、レコード会社11社の争奪戦の末、ポニーキャニオンから[9]「最後の果実」をリリースし、歌手デビュー[8]。その後11月にはピアニストとしてミニ・アルバム『Dear…』を発表[8]。

2000年、赤川次郎原作の『死者の学園祭』で映画初主演[3]。主題歌を歌う。

2001年、同級生の加藤あい、上良早紀らとともに堀越高等学校を卒業[10]。

日本の女優として初めて[11]「2003春夏パリ・オートクチュールコレクション」に出演し、デザイナー・桂由美のコーナーの最後で着物風のドレスを着て舞台に立ち、モデルを経験[12]。

2004年、映画『下妻物語』においてロリータ少女・桃子役を演じ、第59回毎日映画コンクール主演女優賞を最年少受賞となったほか複数の賞を受賞[7]。

2005年、主演したドラマ『富豪刑事』神戸美和子役が当たり役となる[13]。また、10月より『新堂本兄弟』で初のバラエティ番組レギュラー出演[14]。

NHK大河ドラマ『天地人』（2009年）に淀役に抜擢[7]。初めての大河ドラマ出演となる[15]。

初の声優挑戦は映画『アリス・イン・ワンダーランド』（2010年4月公開）の「白の女王」役吹替[16]、アニメ声優としては映画『豆富小僧』（2011年公開）[17]。

NHK大河ドラマ『平清盛』（2012年）でヒロイン・平時子役に出演[7]。

初舞台『100万回生きたねこ』（2015年8月）[18]。

適応障害と診断され、治療に専念するため活動を休止することが2021年5月26日に発表された[19]。前年春ごろから体調を崩しがちになったといい、今月に入り、医師から「適応障害」と診断されたという。同社は「これにより当面の間、治療を優先し、お仕事をお休みさせていただきます」とした。また今回の休養により、7月期に出演予定だったフジテレビ系連続ドラマ『推しの王子様』も降板となった[20]。自身のインスタグラムにて2021年9月2日付け、休養を終え活動を再開することをで報告[21]。