東京都葛飾区の生まれ。1996年にジャニーズ事務所に入り、翌97年の舞台『STAND BY ME』でリーダーのクリス役を演じて俳優デビュー。次いで、松本清張原作のTBS『天城越え』98でドラマ初出演し、同局『二十六夜参り』98などで、子役ながらその存在感と演技力を評価された。その後、テレビ朝日の学園コメディ『あぶない放課後』99の主演を経て、同年、大野智、櫻井翔、松本潤、相葉雅紀と５人でアイドルグループ“嵐”を結成。フジテレビのミニドラマ『Ｖの嵐』に５人で主演し、CDデビューも果たす。以降はグループでの音楽活動、バラエティ番組出演などと並行して、個人の俳優活動も継続。フジテレビ『涙をふいて』00、TBS『ハンドク!!!』01などのドラマを経て、2002年、嵐の５人で主演した堤幸彦監督「ピカ☆ンチ／LIFE IS HARDだけどHAPPY」で映画初出演を果たす。二宮が演じたのは、５人が暮らす八塩団地に初めてスケボーを持ち込んだ恩田琢磨役。04年の続編でも同じ役を演じた。03年の蜷川幸雄監督「青の炎」では、家族を守るために罪を犯してしまう17歳の少年・櫛森秀一の孤独を、繊細だが確かな演技力で表現し、早くも実力派俳優として認められるようになる。その類まれな才能には海外からも視線が及び、クリント・イーストウッド監督「硫黄島からの手紙」06で、妊娠中の妻を残して出征し、生きて帰るために戦う兵士・西郷役にキャスティングされる。以後も、嵐主演の犬童一心監督「黄色い涙」07、武士道を追い求める青年・水野役を好演した金子文紀監督「大奥」10、不条理なSF世界での戦いに目覚め、自分の居場所を見つけ始める大学生・玄野計を体当たりで演じた佐藤信介監督「GANTZ」二部作11など、映画での多彩な活躍が続く。さらに嵐としてのアイドルの仕事もこなしつつ、テレビドラマでもコンスタントに主演。TBS『StandUP!!』03、テレビ朝日『南くんの恋人』04などを経て、倉本聰脚本のフジテレビ『優しい時間』05では、主演の寺尾聰と気持ちがすれ違う息子役で出演。続く同局『拝啓、父上様』07は、前作で二宮の実力を絶賛した倉本が主人公をあて書きした脚本により、修行に励む若き板前を好演した。ドラマはほかに、TBS『山田太郎ものがたり』07、『流星の絆』08、フジテレビ『フリーター、家を買う。』10など。