神奈川県の生まれ。中学３年生の時に渋谷駅でスカウトされて、芸能界入り。所属事務所の若手俳優で結成されたダンスユニット“Jamming Flow”に、窪田正孝らとともに参加する一方で、2005年のTBSの昼帯ドラマ『大好き！五つ子Go!!』、同局『花より男子（だんご）』のゲスト出演などで俳優として活動を始める。映画は、小泉堯史監督「博士の愛した数式」06で初出演し、翌07年のタナダユキ監督「赤い文化住宅の初子」で演じた、東亜優扮するヒロインの交際相手である同級生・三島役が大いに評価される。同年、TBS『砂時計』で主人公の男女の中学・高校時代を、小林涼子とともに演じて注目を集め、以後の同局『肩ごしの恋人』07、NHK『フルスイング』08、フジテレビ『オトメン（乙男）』08などのドラマで、次代の若手俳優として期待が高まっていった。映画はその後、小中和哉監督「東京少女」08で、現代からタイムスリップしてきたヒロイン・夏帆と対峙する明治時代の書生を瑞々しく演じ、瀧本智行監督「イキガミ」08、廣木隆一監督「ニュータイプ・ただ、愛のために」08、森岡利行監督「女の子ものがたり」09などを経て、10年の伊藤秀隆監督「音楽人」では初の映画主演も果たした。一方、佐野の新たな魅力を開花させたのは、オリジナルビデオの『ガチバン』シリーズで演じた森紋児役で、シリーズ第２作の『ガチバンⅡ・最凶決戦』08で初登場して以降、第３作『武闘宣戦』09から第５作『竜虎炎上』09まででは主人公に昇格。11年の映画版「ガチバン・アルティメット」では窪田正孝とＷ主演し、ワイルドな一面を披露している。08年に窪田とともに公式ブログ『改造計画』を開設。11年から松岡佑季も加わり、『改造劇 feat.U』と改名して自身の活動を発信する。テレビドラマはほかに、TBS『ハンマーセッション！』10、フジテレビ『インディゴの夜』10、『さくら心中』11など。TBSネットドラマ『マノスパイ』10、BeeTV『虹の向こうへ』10、NHKワンセグ２『こいわらい』10などweb配信ドラマへの出演も多い。11年の劇団ゲキハロ『大正浪漫ハイカラ探偵王・青いルビー殺人事件』では初舞台も踏んだ。