2000年，參加小學(xué)館的時尚雜志專門的試鏡招募。雖然落選了，但加入了模特事務(wù)所ウィルコーポレーション(Will Corporation)。
2001年被選作寶潔洗發(fā)產(chǎn)品第三代的Imagegirl而接拍廣告出道。
2003年演出NHK 的晨間連續(xù)劇《晴朗家族》中三女巖田秋子的角色。
2004年主演電影《搖擺少女》，飾演主角鈴木友子。 憑此電影獲得第28屆日本奧斯卡新人俳優(yōu)賞及每日電影賞新人賞等殊榮。
2006年主演富士電視臺月9日劇《のだめカンタービレ》，中譯交響情人夢)，飾演天真爛漫、不修邊幅的天才鋼琴手野田惠。
2007年2月，拍攝了紀錄片《上野樹里英國行》。5月，推出單曲《屁屁體操》，并且還拍攝了紀錄片《情熱大陸》。12月5日，推出單曲《爺爺?shù)睦L畫信》，此曲曾被NHK的長壽音樂節(jié)目“大家的歌”推介播出過。
2008年4月，出演富士電視臺春季木10日劇《Last Friends》，飾演性別認同障礙者的越野車手岸本瑠可。憑此角色獲得2008ギャラクシー賞 （Galaxy Awards）之6月份月間賞、第12回日刊體育讀者票選春季日劇助演女優(yōu)賞和第57回日劇學(xué)院賞助演女
優(yōu)賞等獎項的肯定。6月底，電影《虹之女神》的編劇櫻井亞美在自己的BLOG里提到，由她創(chuàng)作的作品「PLANETARIUM」改編的同名電影，在野邊山拍攝的追加鏡頭的部份是由上野樹里擔任導(dǎo)演，里面也提及了上野參與分鏡和拍攝的過程，這是上野第一次正式擔任導(dǎo)演工作。8月23日，出席在日本神戶舉辦的2008 KOBE COLLECTION A/W，擔任時裝秀壓軸的神秘嘉賓。10月2日至4日，為宣傳電影《咕咕是一只貓》，與導(dǎo)演犬童一心一起參加韓國第十三屆釜山國際電影節(jié)，在當?shù)厥艿搅藰O大的歡迎。11月26日，獲選為日本VOGUE雜志所選出的2008年日本年度女性之一并參加了頒獎典禮，同屆獲獎的女藝人還有宮崎葵。12月9日，《交響情人夢》繼2006年的電視劇及2008年初的特別篇後，宣布將於2009年開拍電影版，分成兩部在2009年12月及2010年4月上映，原作者二之宮知子在連載漫畫的kiss雜志上也表示電影將會是故事的完結(jié)。
2009年3月，拍攝了紀錄片《上野樹里北印度洋之旅》。9月，主演日本收費電視WOWOW臺的短篇日劇《上野樹里與5個包包》，以包為關(guān)鍵字，每集飾演一
個不同的角色，并且每集搭配不同的導(dǎo)演和編劇，演出5種風格迥異的短篇故事。另外上野也親自作曲并演唱了本劇的片尾曲《カバンのバンカ》。12月26日，日本各大新聞?wù)叫?011年NHK大河劇《江～公主們的戰(zhàn)國》將由上野樹里主演。
2010年2月28日，為了宣傳《交響情人夢最終樂章 前篇》在亞洲的上映，上野樹里前往中國香港參加商場EVENT、首映典禮等現(xiàn)場活動。4月15日，由日本富士電視臺于逢星期四22:00-23:54（日本時間）播出的電視連續(xù)劇《無法坦誠相對》由瑛太和上野樹里主演。6月30日，發(fā)售了個人第三張單曲《えがおのはな》，并且該歌曲作為NHK《みんなのうた》節(jié)目6、7月份的主打歌曲。
2011年1月9日，與宮澤理惠、水川麻美、豐川悅司主演的大河劇《江公主們的戰(zhàn)國》首播。4月20日，上野樹里參加了AMUSE事務(wù)所（以桑田佳佑和福山雅治為首共53人）發(fā)起的臨時組合“Team-Amuse”為東日本大地震進行賑災(zāi)義演活動，錄制了歌曲《Let's try again》以及其MV。該歌曲及MV于起在各大電視臺及廣播中播出。該歌曲的CD于2011年5月29日發(fā)售。7月、8月、10月在滋賀、清須、福井三地以大河劇宣傳為名義舉行了三場大型賑災(zāi)募捐活動。并將募集到的所有款項贈與“こどもたちへ<あしたの本>プ
ロジェクト”基金會，用于給災(zāi)后地區(qū)的孩子們購買書籍。
2012年3月拍攝的紀錄片《上野樹里之行！櫻花前線大追跡～》在日本播出。4月，舉辦書籍《ものづくりの楽しさ発見！上野樹里とナニカをツクル旅》簽售會。除此之外2012年間并未參加任何其他工作，事務(wù)所官方稱是休息調(diào)整一年。
2013年10月12日，與玉山鐵二、大倉孝二、谷村美月主演的電影《向陽處的她》首映，該電影根據(jù)累計發(fā)行數(shù)超過100萬部的越谷OSAMU的暢銷小說改編，于13年1月中旬正式開拍。
2014年4月，上野樹里主演TBS《愛麗絲之棘》開播，在劇中她飾演將復(fù)仇貫穿自己人生的醫(yī)生，深刻揭露大學(xué)醫(yī)院醫(yī)生制度的腐朽，成為醫(yī)生版半澤直樹。
2015年1月，與生田斗真、小栗旬主演電視劇《無間雙龍》，在劇中飾演一名從東大畢業(yè)的精英刑警，擁有超強的正義感和敏銳直覺。與韓國男子組合Bigbang成員崔勝賢合拍日韓共同制作的電視劇《秘密訊息》，并于11月2日在日本dTV電視臺播出。9月，主演了由棚田由紀執(zhí)導(dǎo)的喜劇電影《父親與伊藤先生》，這也是其時隔兩年再次主演電影。
