新垣结衣的演艺征途始于 2001 年，彼时她代替其姐参与了《nicola》杂志举办的模特儿竞赛，且出人意料地斩获了最精良奖，此后便成为了《Nicola》的模特“nicomo”。她数次登上该杂志封面，系登上封面次数最多的模特之一，在模特界积聚了颇高的人气。
2005 年对她的演艺生涯而言，是一个主要的迁移转变点。自《Nicola》毕业后，新垣结衣出演了电视剧处女作《涩谷 15》，在剧中扮演邪术少女艾玛，同年还参演了电视剧《龙樱》，自此开始受到关注。此后，她陆续参演了浩瀚影视作品：
2006 年，为电影《超戏院版 Keroro 军曹》中的角色“Mirara”进行配音，并发行了个人首本写真集《水漾青春》。
2007 年，在家庭剧《父女七日变》里饰演川原恭一郎的女儿小梅；同年 9 月，其出演的电影《坏家伙》上映；11 月，她与三浦春马携手主演的爱情电影《恋空》上映，新垣结衣还为该片献声演唱了插曲《heavenly days》。该片票房成绩斐然，她也借此荣获多个奖项，涵盖第 50 届蓝丝带奖最佳新人奖以及第 31 届日本电影学院最具话题演员奖等，这奠定了她在新生代女星中的地位。不久后，她发行了个人首张音乐专辑《天空》，并在日本武道馆举办了歌手出道活动。
2008 年，担纲主演医疗剧《紧急救命》，饰演演习生白石惠，并发行了个人首支单曲《Make my day》。
2009 年，与松本润、小粟旬等联手出演电视剧《微笑》，凭借该剧得到第 61 届日剧学院赏最佳女配角。
2010 年，主演电影《花水木》，诠释了从高中生逐步发展为奇迹女性的平泽纱枝，该电影票房成绩可不雅观。
2011 年，参演悬疑电影《戏院版新参者：麒麟之翼》。
2012 年，与堺雅人等一同主演电视剧《胜者即是正义》。
2015 年，主演漫改日剧《掟上今日子的备忘录》，借由该剧荣获第 2 届日剧信心奖最佳女主角奖。
2016 年 10 月，领衔主演的笑剧电视剧《躲避虽可耻但有用》在日本首播，她凭借该剧得到第 6 届日剧信心奖、第 91 届日剧学院赏最佳女主角奖。
2017 年，主演的电影《恋爱回旋》上映，她凭借该电影夺得第 60 届日本蓝丝带奖最佳女主角奖。
在拍摄电视剧《躲避虽可耻但有用》时，新垣结衣与星野源相识，二人于 2021 年经事务所官宣成婚。2023 年 12 月 19 日透露，她主演的电影《异国日记》定档于 2024 年 6 月上映。
新垣结衣以清新自然的形象和踏实的演技博得了浩瀚粉丝的钟爱。她的代表作品浩瀚，风格多样，在演艺和歌唱领域均取得了显著造诣。其个人特质包含甜美的笑颜、清新的脸庞、完美的身材比例以及优雅的气质等，性情积极向上、乐不雅观爽朗。身为公众年夜世人物，她亦积极投身各种公益活动，通报正能量，在日本乃至外洋都具备广泛的影响力。
