東京都の生まれ。日本人の父とアルジェリア系フランス人の母を持つハーフ。ファッション誌でモデルとして活躍したのち、2002年にフジテレビの“ビジュアルクイーン・オブ・ザ・イヤー”に選出され、注目を集める。翌03年に北海道文化放送が30周年記念で制作した単発ドラマシリーズ『ノースポイント』の第２話『フレンズ』でドラマ初出演。その後、TBS『ホットマン』03で連続ドラマにも初出演を果たす。映画初出演は04年、中学校内でのイジメを描いた森岡利行監督「問題のない私たち」。さらに05年、井筒和幸監督が60年代の京都を舞台に日本人と在日朝鮮人の若者の交流を描いた「パッチギ！」でヒロイン、リ・キョンジャ役に抜擢される。フレッシュな若手俳優が顔を揃え、喧嘩と恋に明け暮れる当時の若者の日常と、心を通わせながらも民族問題という壁の前に引き裂かれる若者たちの心情をリアルに綴った本作は、キネマ旬報ベスト・ワンを始め、ブルーリボン賞作品賞など高評価を受ける。たくましさあふれる出演者たちの中で、清楚な魅力を発揮して作品に華を添えた沢尻も、キネマ旬報賞新人女優賞を受賞するなど、一躍注目の若手女優となる。同年、難病に冒された少女の実話に基づくフジテレビ『１リットルの涙』でドラマ初主演。主人公・池内亜也の15歳から25歳で亡くなるまでを演じて、お茶の間の涙を誘った。同作の演技などによりエランドール賞、ゴールデンアロー賞の新人賞も獲得。翌06年にはTBS『タイヨウのうた』で、色素の異常により日に当たることのできない難病に冒されたミュージシャン志望の雨音薫役を演じ、劇中歌『タイヨウのうた』を“Kaoru Amane”名義で発売して歌手デビューも果たす。以降も“ERIKA”の名で歌手活動を続け、06年には５本の出演映画が公開されるなど順調にキャリアを重ねていた07年、主演映画「クローズド・ノート」の初日舞台挨拶での不貞腐れた態度が問題となり、世間から大バッシングを受けてしまう。これにより芸能活動がストップ。その後、09年１月にはハイパーメディアクリエイター・高城剛と結婚したものの、所属事務所からの解雇騒動などもあってテレビのワイドショーの格好の標的とされ、08年以降、映画、ドラマへの出演歴はない。現在は個人事務所をベースにCM出演などは再開しており、女優業へのカムバックも間近とされている。