愛知県名古屋市の生まれ。本名・能瀬香里奈。名古屋大学女子高校卒業。３人姉妹の末っ子で、長女・能世あんな、次女・えれなもモデル・女優として活動している。2000年に雑誌『Ray』の専属モデルとして芸能界入りしたのち、01年にフジテレビ『カバチタレ！』で女優デビュー。行政書士事務所を舞台にしたドラマで、主人公の弟を演じる山下智久の恋人・小原春奈役を演じた。続いて同局『ロング・ラブレター／漂流教室』02などのドラマ出演を経て、04年の篠原哲雄監督「深呼吸の必要」で映画初出演にして主演をつとめる。サトウキビ刈りのアルバイトで沖縄の離島を訪れた若者たちの群像劇である本作で、その中のひとりである立花ひなみを伸び伸びと好演し、日本映画批評家大賞新人賞（小森和子賞）を受賞した。この年は同じ篠原監督の「天国の本屋・恋火」にも出演。さらにフジテレビ製作の海洋アドベンチャー「海猿」では加藤あい演じる伊沢環菜の友人・松原エリカを演じるなど、多様な作品に出演したことでステップアップの１年となった。その後も、ジャパニーズ・ホラーの第一人者、清水崇監督の「輪廻」06、草彅剛主演で自閉症の青年と彼を取り巻く人間模様を描いたフジテレビ『僕の歩く道』06、平山秀幸監督の人情物語「しゃべれどもしゃべれども」07、ケータイ小説ブームの象徴的作品の映画化「恋空」07など、話題作、注目作に出演して実績を積み重ねる。08年にはTBS『だいすき!!』で連続ドラマ初主演。軽度の知的障害を持ちながら子供を育てる主人公・福原柚子という難役に挑戦した。以降も、人気長寿漫画をドラマ化したTBS『こちら葛飾区亀有公園前派出所』09、同局『ラブシャッフル』09、藤原竜也、小出恵介と共演した行定勲監督「パレード」10、往年の人気漫画の実写映画化「あしたのジョー」11でヒロイン・白木葉子を演じるなど主演級の出演が続いている。10年のフジテレビ『リアル・クローズ』では三姉妹揃っての共演も話題となり、ほかフジテレビ『フリーター、家を買う。』10、日本テレビ『美咲ナンバーワン!!』11に主演。女優業と並行してデビュー当時からのモデル活動も継続しており、ファッションブランド『Sancta Carina』のウェディングドレスのプロデュースを手がけるなど、幅広い活動を行なっている。