2001年9月，与宫崎葵合作主演盐田明彦执导的剧情影片《害虫》，饰演Natsuko；同年，再与葵合主演青春爱情片《蓝与白形成的蔚蓝色》 ；因具有独特的清新气质的她，被岩井俊二导演安排出演惊悚犯罪电影《关于莉莉周的一切》中饰演一位被强迫援助交际的少女 。
2004年，与铃木杏主演岩井俊导演的青春喜剧片《花与爱丽丝》大受好评，并荣获第14届日本电影专业奖最佳女主角奖，在韩国倍受欢迎而积攒了大量人气 。
2006年10月，与市原隼人、上野树里合作出演爱情电影《彩虹女神》，饰演佐藤加奈 ；同年，担任迈克尔·艾里亚斯导演的动画电影《恶童》的主要角色配音；9月，与松雪泰子合作出演由韩裔日本导演李相执导改编自真实故事剧情片《扶桑花女孩》，饰演谷川纪美子 ，凭在片中出色的演技，而广受各界好评，并获得了2007年的第30届日本电影学院奖最佳女配角和最佳新人奖 。
2007年，与小田切让合作主演奇幻影片《虫师》，4月24日在第20届DVD资料大奖中获得了最佳艺人奖 ；同年，与内田有纪等演员合作出演电影《欢迎来到隔离病房》，在片中饰演有厌食症患者美纪 。
2008年1月，主演剧情片《苍井优X4个谎言》，该剧总12集共4个故事，分别由四名编剧操刀，所有故事独立成立且苍井优要在每个故事中扮演不同的人物 ；同年，出演爱情喜影片《不要嘲笑我们的性》，饰演小远 ；4月，在喜剧电视剧《料理仙姬》中主演一升庵的女老板半田仙 ；7月，主演喜剧影片《百万元与苦虫女》她饰演一位“赚够一百万就离开”的平凡女孩，笑颜中带着些许苦涩，独身前往海边、深山、城市，遇见很多人经历很多事，最终解开心中的困惑，得到成长。 ；8月，出演由法日韩三方共同合作的喜剧奇幻电影《东京!Tokyo!》 。
2009年，为动画电影《小池与我》中虚拟小宠物“小池”配音 。2010年1月，出演剧情片《弟弟》，饰演高野小春 ；同年，参演以“日本女性之美”为主题的爱情电影《花》 ；10月，与冈田将生合作主演古装爱情影片《雷樱》，饰演雷 ；同年，与木村拓哉担任动画电影《红线》的主要角色配音 。
2011年，与江口洋介主演爱情喜剧电影《街角洋果子店》 ；3月31日，与妻夫木聪首次合作主演舞台剧《向南方》导演是舞台剧作家野田秀树 ；9月15日，参演岩井俊执导、凯文·席格斯主演的剧情影片《吸血鬼》，扮演一名留学生MINA，影片是以加拿大为舞台背景拍摄的纯爱物语 ；10月15日，主演小松真弓执导的剧情影片《偶然》中扮演的主人公在美丽的爱尔兰旅行途中，与各种“偶然”相遇，在各种故事中听凭命运的安排，迈向前方的路 。
2012年，出演由佐藤健主演、改编自同名人气漫画的电影《浪客剑心》，在片子中扮演高荷惠一角 。2013年1月，与妻夫木聪等演员合作主演山田洋次执导的家庭影片《东京家族》，该片翻拍自1953年版小津安二郎导演的电影《东京物语》 ；并获得了2014年的第37届日本电影学院奖和第8届亚洲电影大奖的佳女配角奖的提名 。
2014年，与妻夫木聪、瑛太等演员合作出演家庭剧《年轻人们2014》 ；与松山健一主演剧情影片《背负春天》 。2015年2月，搭档铃木杏为动画电影《花与爱丽丝杀人事件》配音 ；3月，参演堺雅人主演的医疗情感电视剧《Dr.伦太郎》，饰演让伦太郎陷入爱恋的新桥NO.1“艺妓”相泽明良 。
2016年3月，与桥爪功、吉行和子、妻夫木聪等演员合作主演家庭喜剧影片《家族之苦》，是一部以结婚五十年的老夫妻离婚骚动为主线，描写家人因为他们而困惑的现代喜剧 ；同年，与浦井健治主演舞台剧《可怜她是个娼妇》，于6月8日至26日在东京新国立剧场中剧场上演 ；9月，与小田切让合作主演剧情影片《跨越栅栏》 ；12月，主演悬疑影片《安昙春子下落不明》，剧情使用时间交错起来的表达方式，描绘了现代女性的生存现状 。
2017年，与洼田正孝，清水富美加等演员合作出演漫画改编的真人版电影《东京食尸鬼》，饰演一位凶残的女食尸鬼神代利世 ，这个反派角色，和她以往的文艺女青年形象也有很大不同 ；夏季，再度出演由山田洋次执导的家庭喜剧电影《家族之苦》的续集，影片主题从熟年离婚变成了“无缘社会” ；10月14日，出演的由樱井翔主演的电视剧《不过是先出生的我》播出 ；10月28日，主演的影片《她不知道名字的那些鸟儿》上映，凭借该片获得第42届报知电影奖最佳女主角 、第91届日本电影旬报奖最佳女主角 。
2018年4月，出演群星爵士组合首张专辑MV《化妆室》 ；9月7日，她与池松壮亮共同主演的电影《斩、》上映 。
2019年5月31日，其出演的由中野量太执导的电影《漫长的告别》上映 ；5月17日，她担任配音的动画电影《企鹅公路》上映 ；6月7日，她参与配音的长篇动画电影《海兽之子》上映 ；同年，与池松壮亮共同主演电影《从宫本到你》 。
2020年1月24日，她与高桥一生合作主演的电影《浪漫娃娃》上映 ；同年，其主演的由黑泽清执导的NHK电视台特别剧《特工之妻》播出 。