1986年，年仅13岁的深津在原宿小姐大赛中获奖，并从此踏入艺能界。两年后，推出了电影处女作《1999年的暑假》。同年，为JR东海拍摄圣诞快车广告，一夜成名。
第二年上映的电影《满月之吻》，为深津带来了日本奥斯卡最佳新人、罗马幻想电影节最佳女主角等奖项。之后，她使用水原里绘、高原里绘为艺名，闯入歌坛，没有得到太大反响，干脆用回本名继续演艺之路。
1996年，首次担任主角的电影《春天情书》公映，深津凭借本片获奖无数，包括日本奥斯卡最佳女主角、横滨电影节最佳女主角、日本映画大赏最佳新人等等，事业攀向第一个高峰。次年，在富士电视台播出的热门电视剧《跳跃大搜查线》中扮演恩田堇，再次提升了知名度。
2003年，凭借《宛如阿修罗》获得日本奥斯卡最佳女配角奖。同年，大搜剧场版第二部《跳跃大搜查线2：封锁彩虹桥》，在日本席卷了172亿日元的票房，至今是日本真人电影中难以突破的神话数字。
后来的几年里，深津仅在《博士的爱情方程式》、《魔幻时刻》等几部电影中甘担配角，工作重心则一直在电视剧界。直到2009年，才再次推出了主演电影《女孩物语》。
像2009年的松隆子一样，深津凭《恶人》一片，成为2010年日本影坛最受关注的女演员。她先是在第34届蒙特利尔电影节斩获了最佳女主角奖，年末又在日本陆续拿下了报知映画、日刊体育的最佳女主角，业界看好深津会横扫这一年日本所有电影奖项的最佳女主角，这一年称得上是深津之年。
最新作品是将于2011年上映的《了不起的亡灵》。
