父は歌舞伎役者の尾上菊五郎（七代目）、母は女優の富司純子、弟は歌舞伎役者の尾上菊五郎（八代目）という芸能一家に生まれる。1989年、高校在学中にTVドラマ「詩城の旅人」で女優デビュー。大学在学中に文芸座の研究生となり、93年に西川信廣演出の「恋と仮面とカーニバル」で初舞台を踏む。文学座を退団した96年には「華岡青洲の妻」で文化庁芸術祭賞新人賞を受賞。 03年に公開された荒戸源次郎監督の「赤目四十八瀧心中未遂」で第27回日本アカデミー賞最優秀主演女優賞を受賞、同年の廣木隆一監督作「ヴァイブレータ」も国内外の映画祭や映画賞で注目を集めた。若松孝二監督の「キャタピラー」（10）ではベルリン国際映画祭で日本人として史上3人目、35年ぶりとなる銀熊賞（女優賞）を受賞している。 その他の出演作に「東京タワー」（04）、「やわらかい生活」（05）、「愛の流刑地」（07）、「人間失格」（10）、カンヌ国際映画祭で上映された「オー・ルーシー！」（17）、「のみとり侍」（18）、「キネマの神様」「空白」（ともに21）、「国宝」（25）などがある。
