1993年2月13日生まれで、兵庫県伊丹市出身。高校在学中の2009年にフラーム（FLaMme）のオーディションに合格。2010年に芸能界での初仕事のため、上京。

　同年5月には、2010年放送ドラマ『ハガネの女』（テレ朝系）でドラマ初出演。2011年には東京ディズニーシーの「春のキャンパスデーパスポート」でCM初出演。2013年には、朝の連続テレビ小説『あまちゃん』（NHK）に小泉今日子（57）の演じる”主人公の母親”の若い頃の役で出演し、一躍話題の人物に。CMでの起用が増え、これ以降本格的に女優としての活躍がはじまっていくことになる。

　2014年にはスタジオジブリ作品『思い出のマーニー』のヒロインの1人マーニー役の声優を担当。同じ年には映画『ストロボ・エッジ』にも出演。

　2015年5月には『映画　ビリギャル』で主演として”金髪ギャル”を熱演し、世間の注目を集める。この作品で2016年に第39回日本アカデミー賞の「優秀主演女優賞・新人俳優賞」を受賞し、映画『ストロボ・エッジ』の功績とあわせて、第55回ブルーリボン賞主演女優賞も受賞している。

　同年6月には2015年放送ドラマ『永遠のぼくら　sea side blue』（日本テレビ）で初主演を飾る。2016年1月にはフジテレビの”月９”ドラマ『いつかこの恋を思い出してきっと泣いてしまう』（フジテレビ系）で民法連続ドラマ初出演・月９枠初出演。

　2017年には、脚本家から指名を受ける形で2017年期連続テレビ小説『ひよっこ』でヒロインの谷田部 （前田）みね子役を演じた。

　また、2016年17年の2年連続で年末・大晦日のNHK紅白歌合戦の紅組司会者に起用され、初の司会業を経験する。

　2021年11月には、菅田将暉（30）とダブル主演を務めた映画『花束みたいな恋をした』がヒット。また土曜ドラマ『コントが始まる』での活躍が評価され、「2021年今年の顔」（日経トレンディ）に選出。映画『花束みたいな恋をした』での演技が第45回日本アカデミー賞の最優秀主演女優賞を受賞。

　2023年（今年）には、NHKの大河ドラマに初出演。大河ドラマ『どうする家康』（NHK）では（松本潤（40）演じる）徳川家康の正室である築山殿（瀬名）役で出演した。