東京都三鷹市の生まれ。ドイツ系米国人の父と日本人の母を持つハーフ。1989年、４歳の時にモデルとしてデビューし、CMや雑誌に多数出演。94年に劇団四季『美女と野獣』のチップ役で俳優としてデビューしたのち、95年から99年までNHK教育の子供番組『天才てれびくん』のレギュラーをつとめ、人気を博す。その後、一時期芸能界を離れ、日本大学櫻丘高校に入学した2001年に復帰。日本テレビ『ごくせん』02に不登校の生徒・結城役でゲスト出演したほか、NHK大河ドラマ『利家とまつ・加賀百万石物語』02で森蘭丸を演じ、俳優として認知され始める。日本テレビ『ライオン先生』03などへの出演を経て、05年にTBSの昼帯ドラマ『正しい恋愛のススメ』で初主演。出張ホストのアルバイト中に知り合った魅力的な年上女性と恋をする大学生という難役を好演した。同年の長石多可男監督「仮面ライダー THE FIRST」で、病弱な少年・晴彦を演じて映画初出演。11月には小池徹平とのデュオ“WaT”として歌手デビューし、シングル『僕のキモチ』がオリコン初登場２位を記録したほか、NHK『紅白歌合戦』にも出場するなど、飛躍の一年とした。翌06年には宮部みゆき原作、千明孝一監督のアニメーション「ブレイブストーリー」で、主人公を幻界へと誘う謎めいた転校生・ミツルの声を担当。映画初主演の渡辺一志監督「キャプテントキオ」07では、近未来の無法地帯と化した東京で映画監督として才能を開花させる青年・フルタを演じた。同年、水木しげるの名作妖怪漫画を本木克英監督が実写化した「ゲゲゲの鬼太郎」に鬼太郎役で主演。日本アカデミー賞の新人俳優賞を受賞し、翌08年には続編となる「ゲゲゲの鬼太郎・千年呪い歌」も公開され、好評を博した。フジテレビ『のだめカンタービレinヨーロッパ』08と映画「のだめカンタービレ・最終楽章」09・10ではフランス人のオタク青年・フランクを演じている。テレビドラマはほかに、TBS『きらきら研修医』07、テレビ朝日『エンゼルバンク・転職代理人』10、フジテレビ『わが家の歴史』10など。フジテレビ『あいのり』06～09、日本テレビ『サプライズ』09～の司会などバラエティ番組でも活躍し、蜷川幸雄演出の舞台『雨の夏、三十人のジュリエットが還ってきた』09にも出演している。