2002年中学二年级的时候，在篮球部活动结束回家时，被星探发掘，但因当时根本搞不清对方在说什么而拒绝了。一个月后SWEET POWER的社长亲自到家里来游说，才决定加入演艺圈。
2003年，在富士台的月九档电视剧《永远两个人》最终回中亮相，这是她首次出演电视剧。同年7月，在电影《拯救宇宙》的女主角试镜中合格，并通过该电影出道。10月，在电视剧《手机刑事-钱形舞》中，首次担任电视剧的主演。
2004年，凭借电影《渋谷怪谈2》，首次担任电影主演。
2005年，出演电视剧《电车男》，饰演男主角的妹妹。同年，担任第84回全国高等学校足球选手权打回的第一代应援经理人。同年10月，与山下智久、龟梨和也合作，在电视剧《野猪大改造》中饰演女主角，获得关注。同年，在电影《永远的三丁目的夕阳》中的演技获得好评，凭借该片获得第29回日本アカデミー赏新人俳优赏等奖项。
2006年，在TBS电视剧《欺诈猎人》中，饰演女主角吉川氷柱。同年10月，凭借电视剧《铁板少女小茜》，首次担任地上波电视剧的主演。这一年堀北真希18岁高中毕业，虽然也想过要考大学，但还是决定专心做演员。
2008年，首次出演大河剧，在NHK大河剧《笃姬》中饰演和宫一角。同年10月，首次主演富士电视台月9电视剧，在《爱无罪》中饰演秋山佳音。
2009年，主演富士电视台电视剧《Chance!~她成功的理由~》，饰演河村珠希。同年4月，主演富士电视台火九的春季日剧《家有六子》，饰演峰田千里。12月29日，为动画电影《雷顿教授与永远的歌姬》中的角色路克少年配音。
2010年，通过舞台剧《ジャンヌ，ダルク》，首次实现舞台剧演出，并担任主演。同年3月27日，与松山健一、手越祐也等人合作，主演汉斯·卡诺萨执导的爱情电影《谁吻了我》，饰演Naomi。同年10月，出演古装电影《大奥：女将军与她的后宫三千美男》，饰演阿信。
2011年，主演改编自东野圭吾同名推理小说的悬疑电影《白夜行》，饰演唐泽雪穗。同年4月，主演改编自龙门谅、惠广史所著同名漫画作品的电视剧《出生》，饰演林田爱美。同年，还与阿部宽合作，出演电视剧《幸福的黄手帕》，饰演小川朱美。
2012年，出演山崎贵执导的电影《永远的三丁目的夕阳之1964》。4月，在NHK平成24年度前期连续剧小说《小梅医生》中，没有试镜就直接被选拔为女主角。年末12月，担任《第63回NHK红白歌合战》的红组主持人。
2013年，出演由中居正广主演的电影《ATARU：最初的爱恋与最后的杀戮》。10月，主演富士电视台火九电视剧《飞行员小姐》，饰演女飞行员手冢晴。同年12月，主演吉田恵辅执导的电影《与麦子》，饰演立志成为声优的主角小岩麦子。同年，在CM NOW举办的《读者评选电视广告大奖》中，连续10年入选最佳十位女性艺人。
2014年，出演山室大辅执导的亲情类电影《父亲的背影》，挑战警察类角色丸井三冬。10月，接拍日本台单集特别剧《彼岸花：女人们的犯罪档案》，饰演毒舌刑警。10月还出演了小泉尧史执导的古装电影《蜩之记》，饰演户田薫。
2015年，主演医疗题材电视剧《纯白》，饰演护士有村朱里。5月，主演舞台剧《岚が丘》。8月，与成宫宽贵共同主演电视剧《与妻共飞的特攻兵》，饰演飞行员的妻子内山房子。同年12月31日，由所在事务所经营的官方粉丝俱乐部“ほりきたコレクション”正式关闭。
2016年，主演电视剧《彼岸花~警视厅搜查七课~》，饰演来宫渚，并于2月20日，以该剧中的角色来宫渚的身份，在龟梨和也主演的电视剧《怪盗山猫》第6集中客串。
2020年，参演的电视剧《毛骨悚然撞鬼经 2020特别篇》定档在日本富士电视台首播。
《蜩之记》、《与麦子》、《剧场版SPEC~结~爻之篇》、《ATARU：最初的爱恋与最后的杀戮》、《县厅招待课》、《永远的三丁目的夕阳之1964》、《这样就好！！电影★赤冢不二夫》、《白夜行》、《大奥：女将军与她的后宫三千美男》、《谁吻了我》、《雷顿教授与永远的歌姬》、《欺诈猎人》、《哆啦A梦：大雄与绿巨人传》、《东京少年》、《永远的三丁目的夕阳2》、《恋爱的星期天～我恋爱了～》、《阿根廷婆婆》、《鬼来电最终篇》、《圈套剧场版2》、《春天居住所》、《手机刑事电影版：巴别塔的秘密~致钱形姐妹的挑战书》、《永远的三丁目的夕阳》、《深红》、《我爱奇诺奥》、《功夫棒球》、《枚方》、《预言》、《怪谈新耳袋剧场版》、《在世界中心呼唤爱》、《母亲在的地方~台风一过~》等。
《怪盗山猫》、《彼岸花~警视厅搜查七课~》、《与妻共飞的特攻兵》、《纯白》、《彼岸花：女人们的犯罪档案》、《父亲的背影》、《飞行员小姐》、《ATARU特别篇~来自纽约的挑战书~》、《小梅医生~不能结婚的男女~》、《小梅医生》、《幸福的黄手帕》、《故乡：女儿的旅程》、《出生》、《世界奇妙物语20周年特别篇・秋~人气作家竟演篇~》、《归国》、《我家的历史》、《不平则鸣2》、《家有六子》、《Chance!~她成功的理由~》、《男装的丽人~川岛芳子的生涯~》、《爱无罪》、《花样少年少女特别篇》、《东京大空袭》、《笃姬》、《神探伽利略》、《法律最前线》、《花样少年少女》、《生徒诸君》、《铁板少女小茜》、《电车男DELUXE~最后的圣战~》等。
2013-02-00 第22届TV LIFE 2012年年间ドラマ大赏 小梅医生 （获奖）
2013-00 2012年度TVnavi ドラマ 主演女优赏 小梅医生 （获奖）
2013-00 第16回日刊スポーツ 主演女优赏 小梅医生 （获奖）
2012-11-15 第74届日剧学院奖·最佳女主角 《小梅医生》 （获奖）
2012-10-00 第16届日刊夏季大赏女主角 小梅医生 （获奖）
2008-04-00 第11届《日刊体育》·连续剧大奖·女主角奖 花样少年少女 （获奖）
2008-02-15 第31届日本电影金像奖·女配角奖·优秀奖 永远的三丁目的夕阳2 （获奖）
2008-02-00 第17届《TV LIFE》·2007年度电视剧大奖·女主角奖 花样少年少女 （获奖）
2007-10-24 第27届日剧学院奖·女主角奖 花样少年少女 （获奖）
2006-10-29 2006年度MTV STUDENT VOICE AWARDS 2006·最优秀TEEN女演员奖 （获奖）
2006-08-02 第49届日剧学院奖·女配角奖 欺诈猎人 （获奖）
2006-03-03 第29届日本电影金像奖·新人演员奖 永远的三丁目的夕阳 （获奖）
2006-03-00 第2届周刊TVnavi·DRAMA OF THE YEAR 2005·最优秀新人奖 野猪大改造 （获奖）
2006-02-00 第15届《TV LIFE》·2005年度电视剧大奖·女配角奖 野猪大改造 （获奖）
2006-01-29 第10届日本Internet电影大奖·日本电影新人奖 永远的三丁目的夕阳,功夫棒球,机器人奇诺丘，深红 （获奖）
2006-01-25 第47届日剧学院奖·女配角奖 野猪大改造 （获奖）
2005-12-17 第27届横滨电影节·2005年日本电影个人奖·最优秀新人奖 永远的三丁目的夕阳,功夫棒球,机器人奇诺丘，深红 （获奖）
2013-11-27 第42届第42回ベストドレッサー赏 （获奖）
2010-10-07 第3届2010年度Gold Dream Award·文化演员部门 （获奖）
2008-05-14 第5届COTTON USA大奖·Miss COTTON USA （获奖）
2007-11-26 第3届VOGUE JAPAN Women of the Year 2007 （获奖）
堀北真希在同年龄段的女星中一直以拥有“神秘的透明感”而保持高人气，清纯派女神的形象深入人心。在演技方面她虽然不太出众，但给人一种笨拙的努力感，这正是日本观众最喜欢的特质。（中国台湾网评论）
一头短发、眼神倔强，这是很多人对堀北真希的第一印象。她在17岁那年主演了日剧《野猪大改造》，从此跻身人气女星之列，更成了不少人心目中的“日剧女神”。不过，25岁前的她，靠着少女的灵气塑造出多个经典角色，但戏路的同质化也让她面临“演什么都是本色演出”的批评。她尝试过转型，出演了大河剧《笃姬》和晨间剧《小梅医生》，在电影《白夜行》中更是尝试恶女角色，然而都难以给观众留下新的印象。（羊城晚报评论）
