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2011年にドラマデビュー以後、舞台から映像まで活躍の場を広げている。近年の出演舞台に、赤堀雅秋作・演出『大逆走』、栗山民也演出『アルカディア』、串田和美演出『メトロポリス』、ケラリーノ・サンドロヴィッチ作・演出『陥没』、寺十吾演出『黒塚家の娘』など。ほかにドラマ『とと姉ちゃん』『リバース』『この声をきみに』『トットちゃん！』、映画『過激派オペラ』『秋の理由』『母　小林多喜二の母の物語』『彼女の人生は間違いじゃない』など。

カンヌ映画祭に出品され注目を浴びた映画『BABEL』への出演で、彗星のごとく現われた女優。同作でアカデミー最優秀助演女優賞にノミネートされたが、受賞は逃した。

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。

"劇男一世風靡セピア"のメンバーとして活動。1986年映画「南へ走れ、海の道を！」で本格的にスクリーンデビューし、日本アカデミー賞新人俳優賞を受賞する。1987年TBSドラマ「男女7人秋物語」、1991年NHK大河ドラマ「太平記」に出演。1997年フジテレビ「踊る大捜査線」シリーズに室井慎次役として起用、2005年同映画シリーズのスピンオフ「容疑者　室井慎次」で主役を演じた。2014年フジテレビドラマ「あすなろ三三七拍子」、TBS「月曜ゴールデン『検事 霧島三郎』」の両作品でも主演を務める。2014年映画「アゲイン 28年目の甲子園」、2016年「幸福のアリバイ～Picture～」、2017年テレビ朝日ドラマ「そして誰もいなくなった」に出演。特技はスキー、ゴルフ、野球。

CULEN（カレン）所属。稲垣吾郎、香取慎吾と共同の公式ファンサイト「新しい地図」が2017年9月22日に開設され、10月16日に本格始動。11月2日～5日にAbema TVの生放送番組「稲垣・草彅・香取 3人でインターネットはじめます『72時間ホンネテレビ』」に出演し、同番組でYou Tuberとして動画配信をスタート。同年12月までにチャンネル登録者数60万人を突破し、2017年に新設されたチャンネルの中で多数のチャンネル登録者を獲得した「新人YouTuberランキングTOP10」において第1位に輝いた。稲垣、香取と共に2017年の「GQ MEN OF THE YEAR 2017」のインスピレーション賞を受賞。「ブラタモリ」（NHK総合）ではナレーションを務める。映画「クソ野郎と美しき世界」に出演。

1999年舞台「アニー」でポリー役を務める。2000年から2002年まで雑誌「nicola」に起用される。2006年映画「フラガール」で日本アカデミー賞最優秀助演女優賞と新人俳優賞をW受賞。2010年の映画「おとうと」で日刊スポーツ映画大賞助演女優賞を、2014年映画「東京家族」では日本アカデミー賞助演女優賞を受賞。CMでは2006年からビオフェルミン製薬株式会社「新ビオフェルミンS」に出演。2007年キリンビバレッジ株式会社「午後の紅茶」、2011年キリンビール株式会社「キリン一番搾り」、2013年三井不動産株式会社「日本橋スマートシティ・未来メガネ」などのCMでも活躍。ドラマでは2003年TBS「高校教師」、2006年フジテレビ「Dr.コトー診療所2006」、2013年「ガリレオ」などに出演。テレビ東京「美の巨人たち」ではレギュラーでナレーションを務めるなど幅広い活躍を見せる。