神奈川県生まれ。４歳で劇団東俳に入り、５歳で子役として始動。1995 年、NHK『藏』のヒロイン・田乃内烈（松たか子）の少女時代を演じ、早くも大器を予感させる風格を見せる。以後、NHK『寺子屋ゆめ指南』97、『櫂』99などに出演のかたわら、97 年には市川準演出の『三井リハウス』のCM で池脇千鶴の妹を演じた。そして、99 年８月より放送されたTBS『キッズ・ウォー／ざけんなよ』では、いじめなどの学校問題に立ち向かう正義感の強い小学生・今井茜役を快演。同シリーズは、2003 年の第５弾まで続いたほか、スペシャルも２本作られるなどブームを生み、回を重ねて茜の切ない恋模様なども綴られ、女優として成長中の井上の代表作となる。その後、TBS『ホームドラマ！』04 を経て、05 年、大人気コミックをドラマ化したTBS『花より男子』の主演に抜擢される。金持ちの通う名門校で、貧乏ながらも学園生活をタフにエンジョイするヒロイン・牧野つくし役は、『キッズ・ウォー』の頃より注目していた原作者・神尾葉子も太鼓判を押すハマリようで、07 年には続篇も放映。08 年の劇場版「花より男子F（ファイナル）」で完結し、興行的にも大成功を収めた。以後もフジテレビ『ファースト・キス』07 などに主演する一方、映画も、06 年、沖縄を舞台にラップのバンドを組む高校生たちの青春を描く「チェケラッチョ!!」で初出演。07 年、中田秀夫監督「怪談」では、健康的な色気で因縁深い男女の愛をかき乱し、同年の本木克英監督「ゲゲゲの鬼太郎」では、特殊メイクを施す共演陣を横目に、鬼太郎と心通わす少女役で安定した演技を披露。人気コミックの映画化「僕の初恋をキミに捧ぐ」09 では、20 歳までしか生きられない幼なじみを一途に愛する女子高生を、生命力豊かに好演した。10 年、「ダーリンは外国人」では、親日家の米国人とさまざまな障害を乗り越え結ばれるヒロインを丹念に演じ、TBS『獣医ドリトル』では、『花より男子』でも共演した小栗旬と息の合ったところを見せた。11 年は、NHK 朝の連続テレビ小説『おひさま』の主演をつとめる。ドラマの劇場版や漫画原作ものが続いたが、11 年、太平洋戦争末期が舞台の大作「太平洋の奇跡・フォックスと呼ばれた男」に出演。かねてより群を抜く“ 目力”の生きるスケール感ある映画にも、貪欲に出続けてほしい。