新垣结衣在童年时期是一个性格颇为内向且容易害羞的女孩，她自幼年起便对活跃于九十年代的女子偶像团体SPEED怀有深厚的憧憬与向往，并曾先后三次向她所在地的艺人培训学校递交报名申请，遗憾的是每一次都未能成功入选。在中学阶段，她曾短暂地加入学校的羽毛球俱乐部，进行了为期约一个月的活动体验。升入高中后，新垣结衣就读于日出高等学校，在校期间她加入了女子篮球部，并担任了球队经理的职务，负责协助队伍的日常事务与后勤支持工作。
二零零一年，新垣结衣的姐姐偶然在杂志《nicola》上看到一则面向中小学生模特的征集启事，她心中一直怀有相关的憧憬，便鼓励妹妹新垣结衣前去尝试，希望她能替自己实现这个心愿。于是，新垣结衣报名参加了选拔赛，并在比赛中脱颖而出，荣获了最优秀大奖。凭借此次获奖，她顺利成为了杂志《nicola》的专属模特，开启了演艺生涯的早期阶段。到了二零零四年，新垣结衣的演艺活动逐渐增多，开始涉足各类电视节目，并首次登上了泳装杂志的版面，展现其多方面的形象。二零零五年春天，她从长期合作的《nicola》杂志正式毕业；同年，她迎来了个人首部电视剧作品《涩谷15》，在剧中饰演主角魔法少女“艾玛”，这是她演员身份的重要起点。同年七月八日，由阿部宽、山下智久、长泽雅美等人共同主演的校园励志剧《龙樱》首次播出，新垣结衣在剧中扮演了一位虽然嫉妒心较强、但内心单纯善良的高中三年级学生“香坂佳乃”，这一角色让她获得了更多观众的关注。进入二零零六年，她的演艺事业继续拓展：三月三日，她发行了个人第一本写真集《ちゅら☆ちゅら》，记录下青春洋溢的形象；三月十一日，她首次挑战声优工作，参与配音的动画电影《军曹大电影》正式上映；四月二日，她又为电视动画《数码宝贝拯救队》献声，担任女主角藤枝淑乃的配音，进一步展现了在声音表演方面的潜力；七月八日，她与长濑智也、手越祐也、田中圣等人合作出演的校园剧《我的老大，我的英雄》播出，在剧中她饰演了天真烂漫、性情温柔且十分懂事的乖乖女“梅村光”，再次以细腻的演技赢得观众喜爱。
在二零零七年三月二十二日，新垣结衣推出了她的第二本个人写真集《まっしろ（纯白）》，进一步展现了其清新自然的形象。同年七月一日，由她与资深演员馆博共同领衔主演的现代家庭题材电视剧《父女七日变》正式与观众见面，开启了她在电视剧领域的深入探索。紧接着在八月十八日，她出演的爱情主题电影《恋爱格局》登陆大银幕，在这部作品中，新垣结衣不仅担纲女主角，还亲自献唱了影片的主题曲《追忆（メモリーズ）》，展现了多方面的才华。九月八日，她与松田翔太、福士诚治等演员合作出演的电影《坏家伙》上映，这部影片标志着新垣结衣在电影领域的首次亮相，意义非凡。到了十一月三日，她与三浦春马搭档主演的爱情电影《恋空》公映，新垣结衣在片中生动诠释了性格开朗且做事认真的高中一年级学生“田原美嘉”一角，并为影片演唱了插曲《Heavenly Days》。该片取得了巨大的商业成功，票房累计高达三十九亿日元，位列当年日本电影票房年度排行榜的第六位。凭借在此片中的出色表现，新垣结衣赢得了第三十一届日本电影学院奖以及第五十届日本电影蓝丝带奖的最佳新人奖项。十二月五日，她发表了个人首张音乐专辑《そら》（《天空》），并积极参与了专辑初回版本的封面设计以及部分歌词的创作工作。十二月二十一日，她在日本武道馆举办了盛大的歌手出道纪念活动，正式以歌手身份亮相。同年十二月三十一日，她受邀担任了第五十八届NHK红白歌合战的特别审查员，见证了年度音乐盛事。 进入二零零八年，三月十六日，新垣结衣荣获了第一届BEST GIRL OF 2007的最高奖项。七月三日，她与山下智久、户田惠梨香等演员联袂主演的医疗题材电视剧《Code Blue》开始播出。七月十六日，她发布了个人首张音乐单曲《Make my day》，这首单曲在公信榜上取得了亚军的好成绩，并且登上了日本公告牌的冠军位置。十月十一日，她与内藤刚志、柄本时生等演员联合主演的喜剧电影《应援少女》举行了首映式。 二零零九年一月十日，她出演的医疗剧《CODE BLUE：新春特别篇》播出。四月十七日，她与松本润、中井贵一共同主演的电视剧《微笑》开始播放，新垣结衣在剧中饰演因意外事故而患上失语症的女孩“三岛花”，凭借对这一复杂角色的细腻刻画，她获得了第六十一届日剧学院赏以及第十三届日刊体育日剧大奖的最佳女配角奖。六月十七日，她推出了个人的第二张音乐专辑《Hug》。 二零一零年一月十一日，她出演的医疗剧《CODE BLUE 2》首播。六月二十五日，新垣结衣推出了个人首部英文绘本作品《The Three Little Pigs》，拓展了其创作领域。八月二十一日，她与生田斗真搭档主演的爱情电影《花水木》上映，该片票房收获二十八点三亿日元，位列当年日本真人电影票房年度榜单的第七位。九月二十二日，她推出了个人第三张音乐专辑《虹》，这张专辑共收录了十一首歌曲，其中有两首作品的歌词是由新垣结衣本人亲自填词完成的。 二零一一年七月十一日，她与锦户亮领衔主演的爱情剧《全开女孩》开播，新垣结衣在剧中饰演外资律师事务所的新人律师“鲇川若叶”。十月二十八日，她与阿部宽、黑木明纱、沟端淳平等演员合作出演的推理电影《剧场版新参者：麒麟之翼》上映，她在片中饰演杀人事件嫌疑犯的恋人“中原香织”。十二月九日，她与贺来贤人、夏菜、长谷川京子共同出演的真人版特别剧《乱马1/2》播出，新垣结衣在剧中扮演了性格外刚内柔的经典角色“天道茜”。 二零一二年一月三日，她与大野智、佐藤隆太联合主演的特别喜剧《绑架什么的我再也不干了》开播，她在剧中扮演天真烂漫的大小姐“花园绘里香”。四月十七日，她与堺雅人搭档主演的律政喜剧《Legal High》开始播出，新垣结衣在剧中饰演初入律师界、充满正义感却经验尚浅的律师“黛真知子”。十二月三十日，她与安住绅一郎共同担任了第五十四届日本唱片大赏颁奖典礼的主持人。《Legal High》 二零一三年四月十四日，她与绫野刚、柴田恭兵共同主演的爱情剧《飞翔情报室》首播，新垣结衣饰演个性好胜、上进心强烈的电视情报节目编导“稻叶里佳”。十月九日，她主演的律政喜剧续作《LEGAL HIGH 2》首播，凭借在该剧中的精彩演绎，新垣结衣获得了第七十九届日剧学院赏的最佳女配角奖。 二零一四年一月十二日，她与向井理、绫野刚合作主演的现代犯罪题材剧集《S最后的警官》在日本首播，剧中新垣结衣饰演的是特殊部队NPS的狙击手，角色极具正义感，且性格开朗、行事风格我行我素。十一月八日，她与大泉洋、中村苍、福岛莉拉等演员联合出演的爱情电影《黎明的沙耶》公映，新垣结衣在片中饰演美丽善良的女主人公“沙耶”。十一月二十二日，她主演的特别剧《LEGAL HIGH 特别篇2》播出。 二零一五年二月二十八日，她领衔主演的剧情片《唇上之歌》上映，新垣结衣在片中扮演长相甜美、性格直率的代课音乐教师“柏木百合”。十月十日，她与冈田将生等演员共同主演的漫画改编日剧《掟上今日子的备忘录》在日本首播，新垣结衣在剧中饰演一位睡醒后就会失去之前全部记忆的侦探事务所所长“掟上今日子”，凭借对这一独特角色的成功塑造，她获得了第二届日剧信心奖的最佳女主角奖。
在2016年，新垣结衣作为主演参与了爱情喜剧《逃避虽可耻但有用》的演出，她在剧中生动塑造了通过契约结婚来应对生活的无业单身大龄女青年“森山实栗”一角。这部剧集播出后反响热烈，其平均收视率成功达到了20.8%的高水平；凭借在此剧中的出色表现，新垣结衣接连荣获了第6届日剧信心奖以及第91届日剧学院赏的最佳女主角奖项。进入2017年，她在7月17日播出的医疗剧《Code Blue 3》中也有精彩演出，并因此获得了第94届日剧学院赏的最佳女配角奖，同时还在第21届《日刊体育》电视剧大赏中斩获夏季电视剧最佳女配角奖；同年10月21日，她与瑛太合作主演的运动喜剧爱情电影《恋爱回旋》正式上映，新垣结衣在片中饰演了为了重振乒乓球俱乐部并向背叛自己的前男友复仇而重新苦练球技的“富田多满子”，这一角色为她赢得了第60届日本电影蓝丝带奖的最佳女主角荣誉；紧接着在10月27日举办的“东京电视剧大奖”颁奖典礼上，她又凭借在《逃避虽可耻但有用》中的演绎，将最佳女主角奖收入囊中。2018年7月27日，由她主演的医疗题材电影《Code Blue》登陆大银幕，该片最终累计收获92.3亿日元的惊人票房，成功登顶当年日本电影年度票房冠军的宝座；次日即7月28日，她参演的特别剧《Code Blue 特别篇 -另一个战场-》也如期播出；随后在10月10日，她与松田龙平共同领衔主演的爱情剧《无法成为野兽的我们》正式开播，新垣结衣在剧中细腻诠释了表面生活光鲜、实则内心充满辛苦与压力的角色“深海晶”。到了2019年12月5日，她推出了时隔七年之久的个人写真集《YUI ARAGAKI NYLON JAPAN ARCHIVE BOOK 2010-2019》，这本写真集以丰富的影像记录了她从22岁到31岁这九年间的成长历程与生活点滴。2020年8月，她参演了由室毅主演的电视剧《宠女青春白皮书》，并在剧中饰演了主人公太郎始终深爱的妻子、同时也是女儿樱的母亲——小比贺幸子这一温暖而重要的角色。
在2021年1月2日，由其担任主演的电视剧作品《逃避虽可耻但有用新春特别篇》正式与观众见面；随后在同年4月25日，她以客串身份参与的校园题材电视剧《龙樱2》也顺利开播；紧接着的5月19日，新垣结衣宣布离开其长期所属的LesPros Entertainment事务所，开始以个人身份进行独立的演艺活动。进入2022年，1月9日，由小栗旬领衔主演的大河剧《镰仓殿的13人》播出，她在剧中精彩演绎了北条义时的初恋对象八重这一角色；同年7月22日，一部由她与城桧吏、神木隆之介联袂出演的奇幻冒险电影《妖怪图鉴》登陆影院，她在片中饰演了学校代理老师瑶子，为故事增添了温暖的色彩。时间来到2023年，3月19日，一部悬疑题材的电视剧《围栏》播出，她特别出演了来自冲绳的精神科医生城间薰；4月10日，由富士电视台制作的刑侦剧《风间公亲－教场0－》开播，她化身剧中的新人刑警隼田圣子，展现了干练的形象；同年11月10日，她与稻垣吾郎共同主演的剧情电影《正欲》上映，在片中她细腻刻画了在广岛商场工作的合同员工桐生夏月，这个角色隐秘地过着拥有特殊性癖的生活，该片凭借其深刻的主题与精湛的演绎，成功入围第36届东京国际电影节主竞赛单元。2024年，她的演艺事业继续稳步前行，6月7日，由其主演的漫改电影《异国日记》上映，她饰演了性格认生的小说家高代槙生；随后在8月30日，一部由知名导演山田尚子执导的动画电影《你的颜色》上映，她受邀参与配音工作，为日吉子修女一角献声，展现了其声音表演的多样性。
新垣结衣的父母都从事美容行业。她是家中三姐妹中的老幺。
2021年5月，根据日本多家媒体的公开报道，知名演员新垣结衣与音乐人兼演员星野源正式对外公布了他们的结婚喜讯，这一消息迅速引发了广泛关注。两人此前曾因共同主演人气电视剧《逃避虽可耻但有用》而结缘，在剧中默契的合作关系最终在现实生活中发展成了真挚的情感。时间来到2024年5月28日凌晨，星野源在其个人主持的一档深夜广播节目中，意外地与妻子新垣结衣进行了现场实时通话。在这次通话中，两人针对近期网络上传得沸沸扬扬的婚外情不实传闻，进行了明确且直接的公开辟谣。新垣结衣在节目中语气诚恳地表示：“我知道一直以来支持我的粉丝们也在为我担心，所以我特地来到这里，希望通过自己的声音亲自向大家说明，目前流传的各种传言以及被媒体刻意炒作的那些事情，完全没有任何事实依据，全部都是虚假的信息。我衷心希望所有关心我们的人能够放下心来，不再被这些不实信息所困扰。”
2025年9月，知名演员新垣结衣在一次媒体采访中透露了自己童年时期的绘画爱好。她回忆说，年幼时常常会模仿并描绘自己喜爱的动漫与漫画角色，这份浓厚的兴趣甚至让她一度怀揣成为职业漫画家的梦想。当记者追问她现在是否还保留绘画技能时，新垣结衣带着些许怀念与不确定的语气笑着回应：“我自己也不太确定呢，或许可以回家后尝试一下。”此外，她还进一步补充道，那时候她经常与朋友们一同创作漫画，并相互交换作品欣赏；她们不仅会构思原创的故事剧情，还会仔细临摹漫画中那些令人印象深刻的分镜画面，甚至尝试以特定漫画家的独特画风为基础，去延伸和续写自己心中的故事篇章。
2007年初，担任第85届全日本高校足球赛的应援经理。
新垣结衣是日本演艺界极具代表性的清纯系女星，她以其独特的可爱气质与亲和魅力深入人心，犹如一杯清澈见底的白开水，纯净而令人回味。她不仅承袭了日本文化中所推崇的清新通透与天然呆萌感，更蕴藏着来自冲绳离岛的那份悠然自在与开阔气质。在公众面前，她总是显得轻松自若，从不刻意张扬或过度用力，却总能在不经意间悄然触动观众的心弦。无论是在歌唱还是戏剧表演领域，她都能周全应对，其端庄娴静的美好形象，被许多日本观众视为理想女友的典范。 出身模特行业的新垣结衣，凭借甜美的外貌与开朗讨喜的性格，获得了大量粉丝尤其是宅男群体的喜爱。她并非那种娇小依人的类型，但也没有过度强调身高与骨架的模特般身形。她最打动人的特质，或许用“舒服”二字便能概括——那种与她舒展自然、毫无造作的笑容如出一辙的观感。天真可爱的气质固然是她最鲜明的标签，但难能可贵的是，她在喜剧表演方面也展现出游刃有余的功力，证明了自己是一位兼具表演技巧与专业耐力的演员。 在《父女七日变》、《辣妹掌门人》等多部作品中，她均贡献了令人印象深刻的演出。尤其在电视剧《逃避可耻但有用》里，她以一头更具时尚感的短发造型亮相，整体外形愈发精致利落。而在《懦弱野兽》中，她更是挑战了职业生涯里首个叛逆风格的角色形象。高挑的身形搭配上可爱的圆脸，内里本质温柔又充满元气，却要通过外在服饰笨拙地演绎叛逆感——这种鲜明的反差将她身上那种“反差萌”特质展现得淋漓尽致，也让观众看到了她作为演员的可塑性与多样性。