東京都の生まれ。本名・後藤田由紀（旧姓・江野脇）。東京大学教育学部付属高校在学中の1987年、“第２回東宝シンデレラコンテスト”で特別審査員賞に輝き芸能界入り。東洋英和女学院短期大学に進学するなど学業を優先させ、２年のブランクを経た89年に倉内均監督「冬物語」のヒロイン・雨宮しおり役で映画デビューを飾る。翌90年、NHK連続テレビ小説『凛凛と』では、主人公の元婚約者・八千代を古風な佇まいで好演。短大卒業後も、主演した日本テレビ『パパっ子ちゃん』92のほか、同局『ニュースなあいつ』92、『麻酔』93、TBS『HOTEL』94、フジテレビ『29歳のクリスマス』94など数々の連続ドラマに出演する。映画は、島原の女郎となる長屋育ちの娘に扮した松山善三監督「虹の橋」93、特攻隊員と激しい恋に落ちる遊女を熱演した渡邊孝好監督「君を忘れない」95を経て、96年の大森一樹監督「わが心の銀河鉄道・宮沢賢治物語」では、賢治に創作のインスピレーションを与える病弱な妹をはかなげに好演し、日本アカデミー賞新人俳優賞を受賞。その後も、古厩智之監督「ロボコン」03では長澤まさみの亡き母親役で遺影のみの登場ながら、さまざまな表情で作品にアクセントを利かせ、2004年の北村龍平監督「ゴジラ FINAL WARS」では、地球侵略を目論む異星人と対決するキャスターという、新たな役柄に挑んだ。また、各局の２時間サスペンスでも数多く主演をつとめるほか、フジテレビ『七瀬ふたたび』95～96では人の心を読める特殊能力者の底なしの孤独を、NHK『蝉しぐれ』03では運命の相手に未練を残しつつ君主の側室にまでのぼりつめる女性・おふくの芯の強さに、ままならぬ人生への諦観をもにじませて妙演し、新たな代表作とした。テレビドラマはほかに、日本テレビ『隣人は静かに笑う』99、テレビ朝日『愛人の掟・あなたに逢いたくて』00、TBS『金曜日の恋人たちへ』00、『こちら本池上署』02～04、フジテレビ『白い巨塔』03～04、NHK『グッジョブ』07など。『ダブリンの鐘つきカビ人間』『恐竜と隣人のポルカ』などで舞台も経験している。女優業のほか、趣味の菓子作りが高じて調理師免許を取得し、料理本も執筆。01年から放送中の大阪毎日放送『水野真紀の魔法のレストラン』では長く司会をつとめている。04年、自民党の代議士・後藤田正純と結婚。翌05年に長男を出産した。