1973年11月27日生まれ、神奈川県出身。
1990年、『バタアシ金魚』でスクリーンデビューを果たして以後、岩井俊二監督『PICNic』『スワロウテイル』、是枝裕和監督『幻の光』、青山真治監督『Helpless』など、90年代後半から2000年代前半に登場した新進監督作に続々と出演。2003年、『地球で最後のふたり』で第60回ベネチア国際映画祭コントロコレンテ部門主演男優賞を受賞。主演した『モンゴル』は、2008年の第80回米国アカデミー賞で外国語映画賞にノミネートされた。2011年、『マイティ・ソー』でハリウッドデビュー。2014年には『私の男』で、第36回モスクワ国際映画祭にて最優秀男優賞、第57回ブルーリボン賞にて最優秀主演男優賞を受賞。カンヌ国際映画祭においては2015年の黒沢清監督『岸辺の旅』で「ある視点」部門監督賞、2016年の深田晃司監督『淵に立つ』で「ある視点」部門審査員賞と、主演作が2年連続受賞した。自身も『岸辺の旅』で第10回アジア・フィルム・アワード最優秀助演男優賞、さらには『淵に立つ』で第11回アジア・フィルム・アワード最優秀主演男優賞と"アジアのアカデミー賞"とも言われる同賞で史上初の2年連続主要部門受賞の快挙を果たした。
2017年はTBS日曜劇場『A LIFE～愛しき人～』に出演して話題を呼んだほか、マーティン・スコセッシ監督『沈黙-サイレンス-』、三島有紀子監督『幼な子われらに生まれ』などの映画に出演。10月からはフジテレビ系ドラマ『刑事ゆがみ』での主演が決まっている。また音楽では、自身が率いるロックバンド「SODA!」のボーカルをつとめ、定期的にライブ活動を行っている。