東京都の生まれ。幼い頃から女優を志し、2002年にスカウトされて芸能界入り。同年、ビジュアル系バンド“Janne Da Arc”のミュージックビデオ『Rainy／愛の調べ』に出演して女優デビューを飾る。BS日テレのドラマ『HAPPY！HAPPY！スペシャル』02、BS-i（現・BS-TBS）とBSフジが共同製作した『68FILMS／東京少女』の第４話『東京危機一髪』03などに出演したのち、03年に秋山貴彦監督「HINOKIO」（公開は05年）のオーディションで、1,000人以上の応募者の中からメインキャストの工藤ジュン役に抜擢される。引きこもり小学生の代理で通学するロボット“ヒノキオ”と心を通わせる同級生を演じ、突っ張った態度で男の子のように振る舞う女の子という繊細な役柄ながら、実質的に主演とも言える活躍で鮮烈な印象を残す。05年には長澤雅彦監督の青春映画「青空のゆくえ」も公開され、この２作でブルーリボン賞新人賞、日本映画批評家大賞新人賞を受賞するなど、一躍注目の的となる。翌06年には「ルート225」「ゴーヤーちゃんぷるー」「夜のピクニック」と、小規模公開作品ながら主演映画が３本も公開され、ごく普通の中高生といった役を違和感なく演じられる自然な佇まいを大きな魅力に、清潔感と真面目な雰囲気も手伝って、幅広い世代から支持を集める。まずは映画での活躍が先行していたが、本格的な連ドラ初レギュラーとなったTBS『山田太郎ものがたり』07では、勘違いから貧乏な主人公に恋してしまうヒロイン・池上隆子役をテンション高く演じて、コメディエンヌとしての才能も発揮。フジテレビ『鹿男あをによし』08、日本テレビ『ヤスコとケンジ』08などを経て、09年にはNHK連続テレビ小説『つばさ』のヒロインの座をつかみ取る。老舗和菓子屋の若き大黒柱として働く一方で、ミニFM局の立ち上げに奮闘する女子大生・玉木つばさを好演し、さらに知名度を上げた。以後も「フィッシュストーリー」09、「ケンタとジュンとカヨちゃんの国」10などの映画に出演し、三浦春馬とともに主演した青春ラブストーリー「君に届け」10は興収15億円のヒットとなった。テレビドラマはほかに、フジテレビ『不毛地帯』09、TBS『GM／踊れドクター』10、日本テレビ『デカワンコ』11など。