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1992年「第6回全日本国民的美少女コンテスト」で審査員特別賞を受賞。1993～1999年までモデルとして活躍。2004年テレビ朝日ドラマ「松本清張 黒革の手帖」では悪女役を演じて好評を博す。また、2012年テレビ朝日ドラマ「ドクターＸ ～外科医・大門未知子～」では型破りな外科医を演じ、以降人気シリーズに。映画では、2001年「ダンボールハウスガール」、2002年「GUN CRAZY 復讐の荒野」などに出演。舞台では、2006年「黒革の手帖」の他、2010年「CHICAGO」などに出演。

2003年ドラマ「仮面ライダー555」に出演。2007年映画「Life」で主演を務めた。『そこのみにて光輝く』（2014/呉美保）でヨコハマ映画祭主演男優賞、キネマ旬報ベスト・テン主演男優賞、毎日映画コンクール男優主演賞、高崎映画祭最優秀主演男優賞など数々の主演男優賞を受賞。2016年はニューヨーク・アジア映画祭ライジング・スター賞、報知映画賞助演男優賞、2017年は日本アカデミー賞優秀主演男優賞を受賞。2017年「新宿スワンII」、「武曲 MUKOKU」に主演し、「亜人」、「ラストレシピ ～麒麟の舌の記憶～」に出演。日本テレレビドラマ「フランケンシュタインの恋」で主演。

2012年、テレビ朝日「仮面ライダーフォーゼ」でドラマ初出演。2014年、テレビ朝日「烈車戦隊トッキュウジャー」で脚光を浴びる。映画「オオカミ少女と黒王子」(2016年)など出演作多数。2017年には、映画「キセキーあの日のソビトー」にGreeeeNメンバー・navi役として出演。グリーンボーイズとしてCDデビューし、数々のランキングで1位を獲得した。2019年TBS「初めて恋をした日に読む話」に出演。