神奈川県出身。児童劇団出身で、2000 年に北大路欣也主演の明治座公演『国盗り物語』で初舞台を踏む。その後、日本テレビ『歓迎！ダンジキ御一行様』01 の第6 話へのゲスト出演でテレビドラマデビューを果たした後、フジテレビ『人にやさしく』02、フジテレビ『Dr. コトー診療所』03 などに出演する。劇場用映画デビューは03 年「劇場版ウルトラマンコスモスVS ウルトラマンジャスティス／THE FINAL BATTLE」。ウルトラマンを応援する少女ミオ役で杉浦太陽、吹石一恵らと共演した。転機になったのは05 年の時代劇大作「北の零年」。この作品で渡辺謙と吉永小百合が夫婦を演じた小松原家の娘、多恵の少女時代（成長後を演じたのは石原さとみ）に抜擢される。この時の演技が渡辺謙の目に留まり、ハリウッド映画「SAYURI」05の出演につながる。同作への出演が先に決定していた渡辺が、「北の零年」での仕事ぶりに感心した大後を推薦したのだ。こうして、製作スティーヴン・スピルバーグ、監督ロブ・マーシャルという世界的ビッグネームが手掛けた作品で、チャン・ツィイー演じる主人公の芸者さゆりの少女時代を演じ、11 歳にしてハリウッドデビューを飾る。これによって一気に世間の注目が集まり、知名度が飛躍的にアップ。日本映画批評家大賞新人賞（小森和子賞）も受賞するなど、高い評価を受けた。その後は、松平健主演作「バルトの楽園」06 や行定勲監督「遠くの空に消えた」07 などに出演した後、松山ケンイチとともに連続ドラマ初主演となる『セクシーボイスアンドロボ』07 に出演。コメディタッチのアクションドラマで、松山演じるオタク青年“ ロボ” とともに、特技である七色の声を駆使して様々な事件を解決していくヒロイン、ニコを好演した。以後も、「おっぱいバレー」「カムイ外伝」「女の子ものがたり」09 などの映画や、NHK『瞳』08、フジテレビ『シバトラ／童顔刑事・柴田竹虎』08、日本テレビ『サムライ・ハイスクール』09 などの連続ドラマにレギュラー出演するなど、順調な仕事ぶり。10 代ということで、まだ表情にあどけなさが残り、今のところ他の女優が演じる人物の“ 少女時代” という役柄が多い。だが、キャリアとしては申し分なく、女優としての見せ場はこれからである。