一九九八年，年仅十四岁的山田优与屋宜由佳、伊敷优香共同组建了三人女子团体y'z factory，随后她们开始在东京电视台的一档热门综艺节目中担任固定班底，逐渐进入大众视野。次年十月，山田优正式以y'z factory主唱的身份出道，开启了她的演艺生涯。进入新世纪后的二〇〇〇年，她凭借出色的外形条件，成为时尚杂志《CanCam》的专属模特，在时尚界崭露头角。到了二〇〇二年，在陆续发行了六张单曲与一张专辑之后，组合y'z factory宣告解散，成员各自发展。二〇〇三年，山田优迎来了新的工作机会，开始担任《F1大奖赛》节目的主持人，展现了她在主持领域的潜力。二〇〇四年，她获得了日本著名婚纱设计师桂由美的青睐，在当年的秋冬系列服装秀上，首次被选为品牌走秀模特，这标志着她在高端时尚领域获得了认可。 二〇〇五年对山田优而言是事业多元化发展的一年，她首次挑战声优工作，为电视动画《天堂之吻》中的女主角早坂紫配音；同年，她还加入了音乐综艺节目《大家的电视》的主持群，与和田秋子、松浦亚弥、松本润等知名艺人共同主持，进一步提升了知名度。二〇〇六年，她实现了个人音乐梦想，推出了首张个人单曲《RealYou》，这首歌曲同时被用作她首次担任主演的动作冒险电影《秋叶原@DEEP》的插曲；此外，她再次获邀为桂由美的婚纱秀担任模特。二〇〇七年，她参演了由木村拓哉主演的政治题材剧集《华丽一族》；同年，她还在都市爱情剧《交响情人梦》中饰演了中国籍钢琴家孙蕊一角，拓宽了戏路。 二〇〇八年，山田优在小栗旬主演的喜剧作品《贫乏男子》中，生动演绎了购物狂角色中原未海；同年，她与志田未来、向井理合作，出演了另一部喜剧《正义的伙伴》，在剧中成功塑造了恶魔姐姐槙子这一形象，并凭借此角色荣获第五十八届日剧学院赏最佳女配角奖。二〇〇九年，她主演了改编自铃木由美子漫画《丑女大翻身》的喜剧电影《神奈大成功》，在片中饰演了经过全身整形的人造美女神无月神奈；同年二月，她结束了与《CanCam》杂志长达九年的专属模特合作关系；自三月起，她转而成为女性杂志《GINGER》的签约模特。二〇一二年，她与金子统昭联袂出演了科幻推理剧《Vision～看得见杀人的女人》，在剧中扮演拥有超能力的神秘女模特来栖玲奈。二〇一四年，她在小池荣子主演的家庭喜剧《花开明日》中，饰演了家中三女儿花咲美智。二〇一五年，她参演了由园子温执导的喜剧动作片《新宿天鹅》，饰演了一位高级俱乐部的妈妈桑凉子。二〇一七年，她出演的喜剧动作片《新宿天鹅2》正式公映。直至二〇二〇年，山田优对外宣布，将退出其所属的事务所，开启人生新的阶段。
山田优的母亲山田美加子不仅容貌出众，且在其年轻时代便已崭露头角，她于十八岁那年荣获东京小姐的称号，随后在二十二岁时又成功当选为第一代冲绳小姐。此后，她长期担任一家公司的专属模特，在时尚界积累了丰富的经验与声誉。如今，山田美加子还身兼MISS Universe JAPAN SCHOOL冲绳学校的校长一职，致力于培养新一代的选美与模特人才。此外，山田优的弟弟山田亲太朗同样活跃于演艺界，是一名备受关注的演员。姐弟二人曾在演艺事业上有过合作，共同参演了剧情剧《义侠护工》，这也成为他们家庭中一段值得提及的演艺经历。
在2007年，山田优与演员小栗旬因共同为美国电影《冲浪企鹅》进行日语配音而初次相识；随后在2008年1月，两人又因合作出演电视剧《贫穷男子》而进一步加深了解，彼此感到意气相投，并于同年3月14日正式确立恋爱关系。经过四年的稳定交往，山田优和小栗旬选择在2012年3月14日，也就是他们相恋四周年的纪念日当天，正式办理了结婚登记手续，成为合法夫妻。此后在2013年1月5日，两人在美国夏威夷举办了一场温馨的婚礼仪式，以此作为对婚姻的公开庆祝与纪念。进入家庭生活后，山田优在2014年10月1日顺利诞下了他们的第一个女儿；紧接着在2017年1月21日，小栗旬对外公布了家中第二个孩子出生的喜讯。2020年4月，这个家庭再次迎来新成员，山田优与小栗旬的第三个孩子平安降生。到了2022年春天，山田优又一次分娩，生下了她与小栗旬的第四个孩子，使这个明星家庭变得更加热闹和圆满。
日本知名模特山田优以其高挑修长的身形和优美流畅的肌肉线条而备受瞩目，当她登上舞台时，那一双格外引人注目的修长美腿总是能瞬间吸引全场的目光。在个人性格上，她展现出细腻体贴的一面，常常能周到地顾及他人的感受，体现出女性特有的温暖与关怀。与此同时，山田优也以其鲜明的个性著称，她始终坚持自己独特的风格与生活方式，不仅热衷于时尚穿搭与造型设计，也积极活跃于各类社交场合，展现出充满活力且独立自信的个人魅力。