早年經(jīng)歷
小學(xué)時(shí)在班級里并不顯眼，成績一直不錯(cuò)，但體育完全不行。搬到大阪居住以后性格開始變得明朗起來。
中學(xué)二年級時(shí)回到了千葉縣。在中學(xué)二年級時(shí)戴上了隱形眼鏡。進(jìn)入高中后，因?yàn)樽约合矚g的前輩是橄欖球部的經(jīng)理人，所以加入了橄欖球部當(dāng)起了經(jīng)理人。身高在2006年停止生長。進(jìn)入高中后也開始嘗試著化妝和染發(fā)。在高一的夏天，在學(xué)校附近被事務(wù)所的星探搭訕。
演藝經(jīng)歷
2005年，高中1年級時(shí)，當(dāng)選“千葉No.1美少女”。邊讀千葉的高中邊工作，在以前的橄欖球部里擔(dān)任經(jīng)理人。
2006年2月11日，憑借電影《春天居住所》出道。同年4月15日到6月，作為固定演員出演電視劇《吉祥天女》，同年7月8日，出演了電視劇《ショートフィルム道 怪談新耳袋 第5シリーズ》，同年8月20日，出演了電視劇《ショートフィルム道 東京少女 #4 ヤドカリ少女》。同年8月22日，出演了電視劇《ほんとにあった怖い話夏の特別編2006「6番の部屋」（毛骨悚然撞鬼經(jīng)）》。同年10月，成為了《早耳トレンドNo.1》欄目的常駐嘉賓。   同年11月11日，出演了電視劇《戀する日曜日 ニュータイプ 第6話 想いを告白せよ?。☉?a href="/yingshi/15574699884104.html" target="_blank">愛星期天）》。同年成為了面向女高中生的時(shí)尚雜志《SEVENTEEN》的專屬模特。
2007年1月6日，出演了電視劇《風(fēng)來之路》。同年1月27日，出演了電視劇《戀する日曜日 第3シリーズ レンズ越しの戀（戀愛星期天）》，同年2月22日，出演了電視劇《燦爛研修醫(yī)》 第7集，同年5月12日，出演了電影《紅色文化住宅里的初子》。同年7月3日，出演了電視劇《花ざかりの君たちへ?イケメン♂パラダイス?（花樣少男少女）》，同年9月22日，出演了電視劇《土曜プレミアム 出るトコ出ましょ!（法律最前線）》，同年10月12日，出演了電視劇《花ざかりの君たちへ?イケメン♂パラダイス?スペシャル（花樣少男少女特別篇）》。
2008年5月10日，出演了電影《同級生》和電影《體育館ベイビー（體育館寶貝）》。同年12月6日，出演了電視劇《男裝の麗人?川島芳子の生涯?（男裝的麗人）》。
2009年3月7日，出演了電視劇《NTTドコモドラマスペシャル チャンス!?彼女が成功した理由?（她成功的理由）》。同年4月4日，出演了電視劇《帰ってこさせられた33分探偵（被迫歸來的33分偵探）》第11集。同年6月18日，出演了電視劇《LOVE GAME（戀愛游戲）》第9集。同年8月1日，出演了電影《山形スクリーム（山形尖叫）》  。同年8月1日，出演了電視劇《土曜ドラマ オトメン（乙男）?夏?（粉紅系男孩）》。同年10月13日，出演了電視劇《土曜ドラマ オトメン（乙男）?秋?（粉紅系男孩）》。
2010年3月6日，出演了電視劇《第9回テレビ朝日21世紀(jì)新人シナリオ大賞 臨月の娘（懷孕的女兒）》，同年3月27日，出演了電影《誰かが私にキスをした（誰吻了我）》。同年4月25日，主演了電視劇《日曜ナイトドラマ 女帝薫子》 [8]  ，同年5月15日，首次主演電影《音楽人（音樂人）》，同年7月19日，出演了電視劇《夏の戀は虹色に輝く（虹色夏戀）》，同年9月25日，主演了電影《君に屆け（好想告訴你）》
2011年1月2日，出演了電視劇《ザ?ミュージックショウ（THE MUSIC SHOW）》，同年2月5日，出演了電影《ジーン?ワルツ（基因華爾茲）》，同年3月19日，出演了電影《ランウェイ☆ビート（心動舞臺）》，同年6月22日，發(fā)行了個(gè)人的首張單曲《Sweet & Bitter》。同年7月26日，出演了電視劇《荒川アンダー ザ ブリッジ（荒川爆笑團(tuán)）》，同年8月6日，主演了兩部電影《亂反射》和《スノーフレーク（雪片蓮）》，同年8月20日，出演了電影《うさぎドロップ（白兔糖）》，同年8月31日，從做了5年專屬模特的時(shí)尚雜志《SEVENTEEN》畢業(yè)。同年9月，出演了TBS的電視節(jié)目《情熱大陸》。同年10月11日，出演了電視劇《HUNTER?その女たち、賞金稼ぎ?（HUNTER～那些賺獎(jiǎng)金的女人們）》。
 2012年1月13日，出演了電視劇《金曜ナイトドラマ 13歳のハローワーク（13歲的Hello Work）》，2月4日，主演了電影《荒川アンダー ザ ブリッジ THE MOVIE（荒川爆笑團(tuán)）》，同年2月11日，出演了電影《逆転裁判（逆轉(zhuǎn)裁判）》，同年3月，成為了《non-no》的專屬模特。 [9]  同年10月2日，出演了電視劇《GTO 秋も鬼暴れスペシャル（GTO秋季特別篇）》。同年10月6日，出演了電影《ツナグ（通靈者）》和《新しい靴を買わなくちゃ（得買新鞋了）》，同年12月，在美國電影網(wǎng)站TC Candler上，每年定期發(fā)表的《2012世界最美臉蛋榜單》中，第一次入選，位列第12名。  同年，出演自己的舞臺劇處女作《新幕末純情傳》。
2013年1月17日，出演了電視劇《あぽやん?走る國際空港（APOYAN～奔跑吧國際機(jī)場）》 ，同年3月1日，出演了電視劇《金曜ロードSHOW! チープ?フライト（廉價(jià)航班）》，同年5月13日，出演了電視劇《ガリレオ 第2シーズン 第五章「念波る」（神探伽利略2）》，同年6月22日，出演了電影《100回泣くこと（100次哭泣）》，同年7月13日，出演了電視劇《斉藤さん2（齊藤太太2）》 ，同10月13日，出演了電視劇《安堂ロイド?A.I. knows LOVE??（安堂機(jī)器人）》   ，同年11月29日，出演了電影《あさひるばん（朝晝晚）》 2014年1月5日，出演了大河劇《軍師官兵衛(wèi)》  ，同年3月29日，出演了電影《白色榮光最終篇：地獄犬的肖像》，同年4月18日，出演了電視劇《死神君》   ，同年6月7日，出演了電影《女子戰(zhàn)隊(duì)》，同年7月20日，出演了電視劇《最后的家》，同年8月16日，出演了電視劇《毛骨悚然撞鬼經(jīng)15周年特別篇》，同年10月11日，出演了電視劇《地獄老師》，同年12月1日，在法國巴黎拍攝了第一部寫真集《失戀、旅行、パリ?！?。  
2015年3月21日，出演了電影《暗殺教室》，同年4月17日，主演了電影《戀愛中的吸血鬼》，同年9月19日，主演了電影《主角失格》。  參演《暗殺教室：畢業(yè)篇》   。
2016年，主演朝日電視臺的電視劇《澄和堇》 ；主演夏季月九檔劇集《有喜歡的人》  。
2017年12月23日，主演電影《復(fù)仇女孩》將在日本上映，片中飾演一名內(nèi)在美和外在美兼?zhèn)涞膬?yōu)秀女性   ；同年主演電視劇《外貌協(xié)會100%》，劇中飾演城之內(nèi)純  。
個(gè)人生活
家庭
桐谷美玲有一個(gè)弟弟。
桐谷美玲稱家中愛犬是其工作之余最大的樂趣，并表示很享受與愛犬一起度過的散漫時(shí)光。
平日里她最大的樂趣是跟家里的兩只愛犬一起嬉戲玩鬧。此外，桐谷美玲還興致勃勃地主動跟媒體朋友透露她與愛犬們玩耍時(shí)的方式，稱其經(jīng)常故意把玩偶扔到一邊，等待著兩只愛犬爭先恐后地把玩具取回來。桐谷美玲一邊描述著她與愛犬門一起玩耍時(shí)的畫面，還一邊不時(shí)露出害羞的表情。
婚戀
2018年6月3日，三浦翔平在寫真集簽售活動中，首次公開承認(rèn)與桐谷美玲正在交往中。對于此前傳聞中的將于6月3日登記結(jié)婚，他表示“一切還沒有決定”  。同年7月24日，桐谷美玲與三浦翔平正式入籍結(jié)婚  。
2020年2月4日，桐谷美玲宣布懷孕   ；7月6日，桐谷美玲在社交平臺發(fā)文宣布自己順利生產(chǎn)，是個(gè)男寶寶，母子平安  。