7歳の頃より児童劇団に所属し、子役として活躍。

1995年5月、連続テレビ小説「春よ、来い」（NHK）でデビュー。
　　「3年B組金八先生」（TBS） に、金八先生の娘・坂本乙女役でレギュラー出演。
1997年には、昼ドラマ「WHO!?」（TBS）で連続テレビドラマ初主演。

1999年頃、芸名を本名である星野真理から現在の星野真里に改名する。
2000年、JR東海の「X'mas Express2000」第6代ヒロインに選ばれる。

2001年4月には、「新・星の金貨」（日本テレビ）の主演を務め、
　　主題歌「ガラスの翼」でCDデビューする。
2002年にも「人にやさしく」（フジテレビ）に出演する。
　　また、「大奥　第一章」（フジテレビ）や「茂七の事件簿 ふしぎ草子」（NHK）など、
　　時代劇にも活躍の幅を広げている。
2005年の映画「さよならみどりちゃん」ではヌードになり、その熱演が評価され、
　　第27回ナント三大陸映画祭で主演女優賞を受賞した。
　　台詞の多い役や気の強い役などもそつなくこなす。

その一方で、極度のあがり症のため話す声も小さく、テレビでのフリートークや
バラエティ番組は苦手であり「司会者泣かせ」とされている。

「踊る!さんま御殿!!」では、その朴訥なしゃべり方を明石家さんまからツッコまれ、
本番中に3回ほど泣いていることから、さんまにこのことをネタとして扱われている。

「ダウンタウンDX」に出演した際に、かなりの小声でしゃべるため、
ダウンタウンも「難産やったなぁ～」と感想を述べている。
また、2006年5月に「ナイナイサイズ!」に出演した際にも、
極度の緊張のために涙を流した。

2005年8月には、人気バラエティ番組である「ぷっ」すまのスペシャル企画
「芸能界ビビリ王決定戦」に出演しているが、常識離れした手品を見させられた上に、
ラストには、江頭2:50の下半身を直視してしまうという経験をしている
（この時、ユースケ・サンタマリアは、「ナイトメアを見た」と言っている）。
なお、「3年B組金八先生」シリーズで共演した松下恵（榊原るみの娘）とは、
実際に青山学院の中等部・高等部の先輩・後輩の関係である。
また、同級生に堂真理子（学部も同じ）、先輩に小林麻耶がいるが、
小林は在学中に直接の面識は無かった（既に星野が有名人であっため、
小林の方が一方的に知っている状態）と「チューボーですよ!」で共演時に語っている。

虹をつかむ男・南国奮闘篇（1998年、松竹、監督：山田洋次、主演：西田敏行）
　　- 平山咲枝 役
GO - CON!（2000年、TSUNKU TOWN FILMS、監督：新谷暢之、主演：内山理名）
　　- 梅田志乃 役
伝説のワニ・ジェイク（2002年、監督：犬童一心）声優
死に花（2004年、東映、監督：犬童一心、主演：山崎努） - 井上和子 役
感染（2004年、東宝、監督：落合正幸、主演：高嶋政伸） - 安積まどか 役
さよならみどりちゃん（2005年、監督：古厩智之、主演：星野真里） - ゆうこ 役
MAZE ～南風～（2006年、監督：岡田主、主演：蟹江敬三） - 佐藤満里 役
大奥（2006年、東映、監督：林徹、主演：仲間由紀恵） - 部屋子 役
ケータイ刑事 THE MOVIE2 石川五右衛門一族の陰謀～決闘!ゴルゴダの森
　　（2007年、BS-i、監督：田沢幸治、主演：小出早織、夏帆） - 石川小百合 役

春よ、来い（1994年～1995年、NHK、主演：安田成美・中田喜子） - 前島いつか 役
3年B組金八先生（TBS、主演：武田鉄矢） - 坂本乙女 役
第4シリーズ（1995年10月～1996年3月）
第5シリーズ（1999年10月～2000年3月）
第6シリーズ（2001年10月～2002年3月）
第7シリーズ（2004年10月～2005年3月）

夜王～YAOH～（2006年1月、TBS、主演：松岡昌宏、第2話） - 千春 役
松本清張 けものみち（2006年1月～3月、テレビ朝日、主演：米倉涼子）
　　- 武藤美代子 役
ラブコレ～東京 Love Collection～（2006年、GyaO、主演：内山理名）
　　- 川野のりこ 役
怪談新耳袋　第5シリーズ（最終夜）（2006年7月、BS-i、
　　主演：嶋田久作、星野真里、桐谷美玲、小池里奈） - 佐藤瞳 役
家族～妻の不在・夫の存在～（2006年10月～12月、テレビ朝日、
　　主演：竹野内豊、渡哲也） - 森田さやか 役
太閤記～天下を獲った男・秀吉（2006年10月～12月、テレビ朝日、
　　主演：中村橋之助） - ねね 役
新はんなり菊太郎（2007年1月～3月、NHK、主演：内藤剛志） - お凛 役
八州廻り桑山十兵衛（2007年5月、テレビ朝日、
　　主演：北大路欣也、第1話） - おさわ 役
よろずや平四郎活人剣（2007年5月、テレビ東京、
　　主演：中村俊介、第3話） - おもん 役
警視庁捜査一課9係（2007年6月、テレビ朝日、
　　主演：渡瀬恒彦、第7話） - 鈴里奈緒 役
刺客請負人（2007年8月、テレビ東京、主演：村上弘明、第6話） - のえ 役
警視庁捜査ファイル さくら署の女たち（2007年9月、テレビ朝日、
　　主演：高島礼子、第9話）

風林火山（2006年1月8日、テレビ朝日、主演：北大路欣也） - 於琴姫 役
警視庁三係吉敷竹史シリーズ2 灰の迷宮（2006年1月16日、TBS、月曜ミステリー劇場、
　　主演：鹿賀丈史） - ヒロイン･茂野恵美 役
松本清張スペシャル・指（2006年2月21日、日本テレビ、
　　主演：後藤真希） - 鈴木香織 役
101回目のベタポーズ（2006年4月5日、日本テレビ･
　　『くりぃむしちゅーのたりらリラ～ン ガンバレくりぃむ!恋の赤恥ベタベタSP』
　　内のドラマ。DVD『くりぃむしちゅ－のたりらリラ～ン ベタドラマDVD』に収録）
　　- ベタ美 役
松本清張特別企画・強き蟻（2006年7月19日、テレビ東京、水曜ミステリー9、
　　主演：若村麻由美） - 宮原素子 役
4 Stories 4 Roades「デートスカウトの彼女」（2006年7月、BS日テレ、
　　主演：星野真里） - メグミ 役
十津川警部シリーズ37 特急あずさ殺人事件（2006年10月2日、TBS、月曜ゴールデン、
　　主演：渡瀬恒彦） - ヒロイン･新井優子 役
関ジャニ∞青春ドラマシリーズ　ダブル～複体～（2006年12月28日、関西テレビ、
　　主演：渋谷すばる） - 清野美月 役
ひとりぼっちの君へ（2007年2月16日、MBS、主演：谷村美月） - 高原絢 役
法医学教室の事件ファイル24（2007年2月24日、テレビ朝日、土曜ワイド劇場、
　　主演：名取裕子）- 中谷梓 役
必殺仕事人2007（2007年7月7日、テレビ朝日、主演：東山紀之）- 佐知 役

星野真里のアルバム
ベストアルバム「星野真里ベスト･コレクション～ ガラスの翼」（2003年）
ミニアルバム「WHITE ALBUM」（2001年）

星野真里のシングル
ガラスの翼 ～星の金貨～（2001年6月6日）
　　作詞・作曲：松田博幸、編曲：山尾正人
永遠の海 （2001年12月5日）
　　作詞：坂元裕二、作曲：小室哲哉、編曲：Sin
　　小室哲哉のソロシングル「永遠と名付けてデイドリーム」のカバー曲。
　　坂元裕二によって歌詞の一部が女性の視点に改変された。
丘の上の物語 （2002年6月26日）
　　作詞：坂元裕二、作曲：谷脇仁美、編曲：志熊研三
カナシミノイロ （2002年11月13日）
　　作詞：坂元裕二、作曲：オオヤギヒロオ、編曲：新川博

星野真里のDVD
カナシミノイロ～夢・夢のあと（2002年、監督:早川和良）　
　　ユニバーサルミュージック