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1996年にＣＭ出演し、1997年映画「金田一少年の事件簿　上海魚人伝説」で女優として注目され始める。2001年第3回ミス東京ウォーカーに選ばれた後、2002年映画「仄暗い水の底から」に出演。ドラマは、2002年フジテレビ「ロングラブレター～漂流教室」、2006年「のだめカンタービレ」、2011年ＮＨＫ大河ドラマ「江～姫たちの戦国～」に出演。2013年日本テレビ「シェアハウスの恋人」と2014年ＴＢＳ「東京スカーレット～警視庁ＮＳ係」では主演を務めた。さらに、2014年フジテレビ「失恋ショコラティエ」、2016年ＴＢＳ「わたしを離さないで」、2017年フジテレビ「人は見た目が100パーセント」などのドラマで様々な役柄を演じている。

1999年、ドラマ『ナオミ』で俳優デビュー。映画『逆境ナイン』で初主演を飾り、殺人犯を演じた『手紙』でアイドル俳優から脱皮する。純愛映画『カフーを待ちわびて』、社会派映画『ハゲタカ』、人間ドラマ『星守る犬』など、近年、芸域を広げつつある。 玉山鉄二は1999年にドラマ『ナオミ』（フジテレビ系）でデビュー。2014年に、ドラマ『マッサン』（NHK）で主演した。 映画では『手紙』、『ノルウェイの森』など、ドラマは『そして、誰もいなくなった』（日本テレビ系）や、『野武士のグルメ』（Netflix）に出演している。 プライベートでは2012年に一般女性と結婚している。

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。