ティーン誌のモデルで活躍した後、女優としての活動を始める。深川栄洋監督作「アイランドタイムズ」（06）で映画デビュー。細田守監督のアニメ映画「時をかける少女」（06）で主人公・真琴の声を担当して注目を集める。「純喫茶磯辺」（08）でヨコハマ映画祭最優秀新人賞と毎日コンクールスポニチグランプリ新人賞を受賞。谷口正晃監督による実写版「時をかける少女」（10）ではアニメ版に続き主演を務め、同作と「ゼブラーマン ゼブラシティの逆襲」（10）の2作品で第34回日本アカデミー賞新人俳優賞を受賞する。その後も「モテキ」（11）、主演を務めた「ハラがコレなんで」（11）、「土竜の唄」シリーズ（14、16）、「羊と鋼の森」（18）、「生きてるだけで、愛」（18）など話題の映画に出演。TVドラマも、主演した「ホリデイラブ」（18）やNHK連続テレビ小説「エール」（20）など多数出演している。実写版「時をかける少女」やTVドラマ「つるかめ助産師 南の島から」（12）で共演した俳優の中尾明慶と13年に結婚。同年に第1子をもうけている。
