ジャニーズ事務所所属。
嵐のメンバーとして1999年「A・RA・SHI」でCDデビュー。「VS嵐」（フジテレビ系）、「嵐にしやがれ」（日本テレビ系）にレギュラー出演中。俳優としてドラマ「家族ゲーム」（2013年フジテレビ系）、「先に生まれただけの僕」（2017年日本テレビ系）、映画「神様のカルテ」（2011年）、「神様のカルテ２」（2014年）など出演作多数。ほか、ニュースキャスターとして「NEWS ZERO」（日本テレビ系）の月曜日にレギュラー出演中。

2018年には映画「ラプラスの魔女」に出演。「第69回NHK紅白歌合戦」では白組司会を務めた。

2005年、山口百恵トリビュート・ミュージカル「プレイバック part2〜屋上の天使」で応募総数9,621名のオーディションを勝ち抜き、主役の座を射止め女優デビュー。以降、舞台から映像まで幅広い作品で活躍。2007〜2012年まで、舞台「ピーターパン」で8代目ピーターパンを務めた。2016年にはNHK連続テレビ小説「とと姉ちゃん」でヒロインに抜擢され、ドラマ初主演。 また、2016年度には第40回日本アカデミー賞新人俳優賞、第41回エランドール賞新人賞、第25回橋田賞、第26回日本映画批評家大賞新人女優賞など多くの賞を受賞した。
現在TBSにて主演ドラマ「メゾン・ド・ポリス」(毎週金曜22時〜)が放送中。待機作に舞台「奇跡の人」(2019年4月)、映画「町田くんの世界」(2019年6月7日公開)、「引っ越し大名!」(2019年8月30日公開)、「ヲタクには難しい」(2020年公開予定)がある。