渡边直美的童年生活颇为艰辛，家境贫寒使得她早早地体会到了生活的不易。在初中毕业之后，她未能顺利考入高中，但这并未让她停下前进的脚步。为了积累资金并追寻自己的梦想，她开始在连锁餐厅里打零工，一点一滴地攒下辛苦赚来的钱。与此同时，她心中始终怀揣着一个明确的计划，那就是进入日本著名的搞笑艺人经纪公司——吉本兴业旗下的艺能学院学习。经过一段时间的筹备与努力，到了2006年，尽管面临着家人的不解与反对，渡边直美依然坚定地选择了自己的道路，并成功成为了吉本综合艺能学院第12期学员，迈出了踏入演艺界的关键一步。
二零零六年，渡边直美于吉本综合艺能学院进修期间，与同窗ササキ共同组建了名为“フレッシュライム”的搞笑二人组合。该组合于二零零七年九月宣告解散，此后渡边直美正式以个人搞笑艺人的身份开启演艺生涯。二零零八年一月二日，她亮相关西电视台的新春特别节目《新春大売出し!さんまのまんま》，凭借对美国歌手碧昂斯的精彩模仿而一举获得广泛瞩目；借此势头，她很快便加入了富士电视台的经典综艺《笑笑又何妨》，成为第十四代“又何妨青年队”的一员，并与铃木凛搭档组成“又何妨少女队”。同年四月至六月间，她参与了舞台剧系列《花坂荘の人々》的演出。进入二零零九年，渡边直美尝试执导了搞笑短片《Patience》，并参加了当年冲绳国际电影节的相关活动“Yahoo! JAPAN艺人Nonverbal节”。九月三十日，她与斋藤くん组队出战搞笑艺人竞赛《世界キワモノ演芸2009》，成功晋级至半决赛阶段。 二零一零年元旦，她现身东京电视台及大阪电视台系的元旦直播节目《歌うお正月！6时间笑いっぱなし生伝说～ライブ・ザ・よしもと2010～》。自同年四月起，她成为ABC电视台搞笑电视节目《全快はつらつコメディ お笑いドクター24时!!》的固定班底，在剧中饰演花月综合医院的一名护士。八月，由她主演的剧目《アイツにメガトン》在神保町花月剧场正式公演。十月，她加盟富士电视台的搞笑综艺《Picaru的定理》，在节目的短剧单元中成功塑造了女高中生“白鸟美丽”这一角色。二零一一年一月十五日，她与多部未华子合作出演的日本电视台刑侦喜剧《小汪刑警》开播，她在剧中饰演了一位热血且富有正义感的女刑警青木琴美。自六月开始，她参与了富士电视台播出的综艺节目《SATURDAY NIGHT LIVE JPN》。十月六日，她参加富士台的搞笑艺人竞赛节目《オモバカ》，并成功闯入准决赛。 二零一二年三月二十八日，她主演的情感电影《SPOTLIGHT》于冲绳国际电影节上映，她在片中扮演一位在传统老店里打工的“废柴”女性鸭下兰。十月二日，她首次以主持人身份参与娱乐新闻节目《ザ・プライムショー》；同月，她亦成为关西电视台综艺节目《头脳回転ずしQ兵卫》的固定成员。十一月二十三日，由水田伸生执导、井上真央主演的喜剧电影《八个拔河女》上映，渡边直美在片中出演了藤代美香一角。二零一三年一月起，她加入了富士电视台面向女性观众的谈话类综艺《10匹のコブタちゃん 〜ヤセガマンしないTV〜》。四月一日，由堤幸彦执导的TBS深夜档喜剧《永泽君》开播，她在剧中饰演永泽的同学松岛梦子。十月四日，她出演的动作剧集《杀手女王蜂》首播，她扮演了一位身材高大壮硕却自称“芦苇”的女杀手tonsogu。 二零一四年一月九日，她出演的读卖电视台深夜档律政喜剧《抚慰金律师》开播，她在剧中饰演一位沉迷于外国谍战剧的调查员梅本胡桃。二月十六日，香港爱情剧《爱情来的时候》播出“日本篇”，她在剧中饰演女主角、百年老店的继承人和田美子，并与炎亚伦上演了精彩的对手戏。同年五月，渡边直美自出道以来首个常驻的综艺节目《笑笑也无妨》迎来完结；借此机会，她暂时中止了所有演艺活动，独自前往美国，开始了为期三个月的游学与自我提升之旅。 二零一五年一月至三月，她主演的读卖电视台深夜档剧集《五星级旅行社》播出，该剧以介绍京都旅游为主题，她在剧中扮演旅行社观光团队的导游高濑京香，这也是她演艺生涯中首次担任电视连续剧的主演。十一月七日，由她主演的《五星级旅行社》的电影版正式上映。十二月二十三日，动画电影《樱桃小丸子： 来自意大利的少年》上映，她在片中为巴西少女角色朱丽叶献声配音。同年，她还友情出演了好友BENI的单曲《フォエバ》的音乐录影带。 二零一六年四月起，她开始主持NHK的音乐节目《NAOMIの部屋》，并同时加盟同台的另一档音乐节目《SHIBUYA NOTE》，担任访谈环节的主持人。七月，她出任TBS电视台情感类综艺节目《オタ恋》的主持人。十二月三十一日，她参与NHK跨年演唱节目《红白歌会》，负责后台采访工作，并与PIKO太郎一同出现在由二宫和也主持的中场特别环节中。同年，为纪念出道十周年，渡边直美在纽约、洛杉矶以及中国台北等地举办了世界巡回演出。凭借这一年内在多个领域的活跃与出色表现，她被《VOGUE JAPAN》评选为二零一六年度的年度女性。 二零一七年一月，她与资深演员大杉涟一同成为日本电视台综艺节目《ぐるぐるナインティナイン》的固定嘉宾。二月，她临时代替女演员清水富美加，主持了节目《SHIBUYA NOTE》。自四月起，她开始担任NHK综艺节目《土曜スタジオパーク》的主持人。七月，由她主演的TBS电视台女性励志剧集《神奈小姐》开播，她在剧中饰演乐观积极的单身母亲铃木神奈，这也是她首次担任黄金档电视连续剧的主演；同时，她还与歌手AI共同演唱了该剧的主题歌。在十二月三十一日举行的第六十八届红白歌会上，渡边直美演唱了《神奈小姐》的主题歌《キラキラ》，并再次参与了中场秀“红白HALFTIME SHOW”的表演。同年，她在筱原凉子主演的日本版《阳光姐妹淘》中，出演了主人公的同学阿梅一角。 二零一八年三月十六日，美国动画电影《寻梦环游记》在日本上映，渡边直美为片中的艺术家弗里达·卡罗一角担任了日语配音。十月三十一日，她与剧团一人、小泉孝太郎共同出演了日本电视台的不定期综艺特别节目《なんでそんなに高いのか!?》。同年，她还参与了美国电影《超大号美人》的日语译制工作，为女主角芮妮·班尼特配音。 二零一九年四月四日，她开始在NHK BS Premium频道主持以其个人名字命名的节目《渡辺直美のナオミーツ》。四月九日，她出演的富士BS频道节目《TOKYOストーリーズ》正式播出。二零二零年八月七日，她参与配音的动画电影《哆啦A梦：大雄的新恐龙》在日本上映。十二月十一日，她出演的喜剧电影《三国志新解》上映，她在片中扮演了中国古代美人貂蝉。十二月二十八日，她出演的另一部电影《约定的梦幻岛》上映，她在片中饰演了名为“sister”克洛涅的角色。 二零二一年七月，渡边直美参与了东京奥运会开幕式的表演环节；在播放一九六四年东京奥运会回顾影片时，她以舞蹈相伴，身后大屏幕上出现的“Ready？”字样巧妙地将表演场景从历史拉回到了现代。二零二四年七月二十三日，她主持了日本电视台的特别节目《3people 1minute》。二零二五年六月二十七日，她参与配音的动画电影《地球特派员》在中国大陆地区公映。
渡边直美的家庭背景具有多元文化特征，她的父亲是日本人，而母亲则来自中国台湾，这种跨文化的结合构成了她独特的成长环境。在家中，她并非独生女，还有一位姐姐与她共同成长。然而，她的童年生活并非一帆风顺，在她年纪尚幼的时候，父母便因故离异，家庭的变故使得她主要由母亲独立承担起抚养的责任。为了寻求更好的生活与发展机会，在她尚未进入小学就读之前，便随同母亲移居至日本，这一重要的迁移经历也对她日后的人生轨迹产生了深远的影响。
2014年2月，宣布创办自己的时尚品牌：PUNYUS。
在2016年，日本知名艺人渡边直美接受了中国台湾地区“观光局”的正式邀请，担任了专门面向日本民众的台湾观光亲善大使，旨在通过其广泛的影响力，促进日本游客对台湾的了解和旅游兴趣。
渡边直美是在以严苛与残酷著称的日本娱乐圈中持续奋斗的杰出女性代表，她如同一名顽强的女战士，凭借超乎寻常的舞台感染力和与生俱来的喜剧天赋，自出道以来便保持着强劲的发展态势。她不仅成功塑造了极具个人特色的表演风格，更在综艺、时尚、商业等多个领域全面开花，充分展现了其多方面的才华与适应能力。尽管拥有圆润丰满的身材，她却能歌善舞，动作灵活且充满表现力；她的性格积极乐观、幽默而自信，待人接物开朗大方又不失可爱，无论面对何种挑战与困难，总能以微笑应对，坚定地迎难而上。更为难得的是，她始终保持着真实坦诚的作风，做到表里如一，从不畏惧向公众展示最本真的自我，周身洋溢着健康而鲜活的女人味。这种真诚与自信的形象深深打动并激励了众多女性观众，尤其为那些同样身材丰腴的年轻女孩注入了强大的精神力量与面对生活的勇气。