新垣結(jié)衣早年就讀于日出高中，2001年時，新垣結(jié)衣的姐姐看到了雜志《nicola》要征集中小學生，就對她說“我已經(jīng)不能參加了，所以你去吧”。于是結(jié)衣就去參加了選拔并且勝出了。從此以后，就成為nicola的模特“nicomo” ?。

　　2004年，新垣結(jié)衣參加各類節(jié)目，上泳裝雜志，并成為了演員。

　　2005年春天，新垣結(jié)衣從nicola畢業(yè)了。同年，新垣結(jié)衣與阿部寬、山下智久、長澤雅美、小池澈平、中尾明慶主演電視劇《龍櫻》，于7月8日在日本首播 ?。

　　2006年3月3日，新垣結(jié)衣發(fā)行了個人的第一本寫真集《ちゅら☆ちゅら》。3月5日，舉行了寫真集的簽名握手會。同年，開始嘗試動畫聲優(yōu)，為《電影超劇場版ケロロ軍曹》的重要角色MIRARA配音，電視動畫數(shù)碼獸拯救者的女主角藤枝淑乃。

　　2007年初，擔任代言第85屆日本全國高校足球賽的應援經(jīng)理，應援經(jīng)理的代言是由84屆開始。3月22日，推出第二本寫真集《まっしろ（純白）》，和第一本寫真集的南國沖繩陽光沙灘風格完全相反，是以北國函館雪景與溫泉的背景來拍攝的 ?。2007年夏、秋陸續(xù)上映新垣結(jié)衣的3部電影《戀するマドリ》《ワルボロ》《戀空》 ?，期間同時演出電視劇《父女7日變》。隨著首部電影《戀するマドリ》上映，同時擔任主題曲《追憶（メモリーズ）》的演唱者，之后又演唱《戀空》的插曲《Heavenly Days》。2007年末發(fā)表個人音樂專輯《そら》（《天空》），并參與專輯（初回版）封面設計與作詞。12月5日，專輯《そら》正式發(fā)行后與School of Locks合作在12月21日于日本武道館舉辦歌手出道活動。2007年末，新垣結(jié)衣于第58屆NHK紅白歌唱大賽擔任審查來賓，也擔任睽違紅白16年的槙原敬之演唱歌曲《GREEN DAYS》時的介紹者。

　　2008年初，新垣結(jié)衣隨著電影走紅，并接連獲得電影新人獎得主，唱片、戲劇也有不錯的成績。因《戀空》等電影接連獲得電影新人獎得主。同年，與山下智久、戶田惠梨香等共演《Code Blue直升機緊急救治》，是繼2005年的《龍櫻》后再次與山下智久共演。10月11日，與內(nèi)藤剛志、柄本時生等主演的電影《應援少女》首映 ?。個人首張單曲《Make my day》在公信榜拿下亞軍，而日本告示牌排行榜更登上冠軍 ?。

　　2009年初，新垣結(jié)衣與松本潤共演《Smile》，在劇中飾演失聲少女，因此劇獲得助演女優(yōu)賞 ?。1月10日，參演的《Code Blue新春特別版》播出。年中推出第二張專輯《Hug》。

　　2010年初，新垣結(jié)衣與山下智久、戶田惠梨香等共演《Code Blue直升機緊急救治第二季》，也是她首次有作品拍攝續(xù)集。年中，與生田斗真拍攝電影《花水木》，其間新垣結(jié)衣到加拿大、紐約等地取境。為配合電影而推出書籍《The Three Little Pigs》，此書籍是由新垣結(jié)衣親自繪畫。8月21日，主演的電影《花水木》在日本上映 ?。同年推出的第三張專輯《虹》，當中收錄了自己主演的電影《花水木》的主題曲，其中兩首歌是新垣結(jié)衣親自填詞 ?。

　　2011年，新垣結(jié)衣秘密拍攝阿部寬主演的推理電影《劇場版新參者：麒麟之翼》，也是繼2005年《龍櫻》后再次與阿部寬合作 ?。6月中，首次單獨主演夏季月9劇《全開女孩》，共演的有関ジャニ∞的錦戶亮和藥師丸博子等 ?。7月11日，與錦戶亮、藥師丸博子、荒川良良等主演的電視劇《全開女孩》在日本首播，在劇中飾演外資律師事務所新人律師鲇川若葉 ?。她也憑借該片登上日本雜志《TVFAN》的8月號新刊封面 ?。10月28日，與阿部寬、黑木明紗、溝端淳平等主演的《劇場版新參者：麒麟之翼》在日本上映，在電影中飾演殺人事件嫌疑犯的戀人中原香織，與扮演刑警加賀恭一郎的阿部寬上演對手戲 ?。12月9日，新垣結(jié)衣與賀來賢人、夏菜、長谷川京子主演的電視劇特別篇《亂馬1/2》真人版上映，在劇中飾演天道茜 ?。

　　2012年1月3日，新垣結(jié)衣與大野智主演的新春SP喜劇《誘拐什么的再也不干了》開播 ?，她在劇中扮演天真爛漫的大小姐花園繪里香 ?。4月17日，新垣結(jié)衣與堺雅人主演的《Legal High》開播，在劇中飾演律師界的“正義小白”黛真知子 ? ?。12月30日TBS放送的“第54屆日本唱片大賞”的記者會在同局舉行，新垣結(jié)衣和安住紳一郎首次擔任主司儀。

　　2013年3月11日，日本通網(wǎng)站報道，ORICON STYLE每年慣例的由異性評選的《想和TA談戀愛的男/女藝人》榜之“女星榜”新鮮出爐，新垣結(jié)衣重回榜首 ?。10月9日，新垣結(jié)衣與堺雅人、里見浩太朗主演《legal high 2》在富士臺開播，首集平均收視率關(guān)東地區(qū)21.2%，關(guān)西23.1%。這一收視成績相對該系列第一部首集12.2%的成績有了很大幅度的提升，同時也超越了松島菜菜子主演的《家政婦三田》19.5%的首集收視率。 ?。

　　2014年1月12日，與向井理、綾野剛主演的電視劇《S最后的警官》在日本首播，劇中她飾演的角色是男主角所屬的特殊部隊NPS的狙擊手，同時也是隊伍中唯一的女性；并且是從第九集開始出演一直到劇集結(jié)束 ?。8月22日，新垣結(jié)衣首次扮演教師的影片《唇上之歌》正式殺青 ?。11月8日，與大泉洋、中村蒼、福島莉拉等主演的電影《黎明的沙耶》在日本全國公映，飾演女主人公沙耶 ?。11月22日，與堺雅人主演的SP《Legal High（勝利即是正義）》在日本播出，這也是新垣結(jié)衣第一次能夠在同一系列作品里如此長時間的出演同一個角色 ?。

　　2015年2月28日，主演的電影《唇上之歌》在日本全國公映 ?。飾演的主人公柏木是個長相甜美、開著一輛破卡車、性格直率的代課音樂教師 ?，于臺灣的上映日期為 2015年6月26日 ?。10月10日，新垣結(jié)衣出演《掟上今日子的備忘錄》的漫改日劇在日本首播 ?。