2000年，星野源與高中同學(xué)共同組建了一只名為“SAKEROCK”的樂隊(duì)，由此開始了演藝生涯。2003年加入劇團(tuán)經(jīng)紀(jì)公司“大人計(jì)劃”，之后首次參演大人計(jì)劃舞臺劇《人間破產(chǎn)》及電視劇《水男孩》。

2004年參演電影《69》，在劇中飾演中村讓一角。2007年，星野源與日本作曲家細(xì)野晴臣在《TVBros》雜志上共同連載對談文章《地平線的相談》。7月，主演短篇喜劇《去年在雷阿諾》在東京電視臺播出。2009年9月，出版散文集《然后生活繼續(xù)下去》，星野源首次出版文學(xué)作品。

2010年3月，與松下奈緒、向井理出演電視劇《怪怪怪的妻子》，星野源在劇中飾演村井布美枝的弟弟。6月，在細(xì)野晴臣的提議下，星野源以個人名義發(fā)行了首張音樂專輯《笨蛋之歌》，專輯入選次年舉辦的第3回CD店大獎候選曲目。

2011年3月2日，首張單曲《在無趣之中》發(fā)售。11月，發(fā)行了第二張專輯作品《EPISODE》，專輯首周銷量1萬張，入選日本公信榜（2011年10月10日付）周榜第五名，并累計(jì)在榜55周。

2012年2月7日，第4回CD店大獎獲獎曲目發(fā)表，星野源專輯作品《EPISODE》獲獎項(xiàng)準(zhǔn)大獎。2月11日，電影《啄木鳥與雨》上映，星野源第二張單曲《FILM》成為影片主題曲。12月3日，OVA動畫《圣哥傳》發(fā)售，星野源首次參與了動畫配音工作，在劇中出演佛祖一角。

2013年2月28日，星野源重啟演藝活動，出席了J-WAVE舉辦的”TOKIO HOT 100 CHART OF THE YEAR“頒獎儀式。4月5日，冠名電臺節(jié)目《星野源的Radical》在NHK-FM頻道開播。5月10日，劇場版動畫《圣哥傳》在日本上映，星野源參與動畫配音。6月28日，冠名電臺節(jié)目《星野源的Radical》停播，原定于7月在日本武道館舉辦的演唱會同時宣布延期進(jìn)行。同年憑借主演電影《宅男之戀》與參演電影《地獄為何惡劣》獲選第68回每日電影獎新人獎、第23回日本電影影評人大獎新人獎、第35回橫濱電影節(jié)新人獎以及第37回日本電影學(xué)院獎新人演員獎。11月，收錄于單曲《不知道》中的曲目《季節(jié)》成為電影《不求上進(jìn)的玉子》主題曲。

2014年2月6日，復(fù)出后的首場演唱會”星野源 ワンマンライブ STRANGER IN BUDOKAN“在日本武道館舉行。3月10日起，相繼在日本全國8個城市舉辦了”星野源の復(fù)活アアアアア!“復(fù)出演唱會，演唱會共舉辦9場；4月9日，演唱會最終站在位于東京的NHK音樂廳舉行。

2015年3月25日，所屬音樂經(jīng)紀(jì)公司由KAKUBARHYTHM變更為AMUSE。5月，發(fā)售單曲《SUN》，單曲發(fā)售首周銷量超過5萬張，入選日本公信榜單曲周榜第2位（2015年6月8日付）；單曲同時成為富士電視臺電視劇《心碎四角關(guān)系》主題曲。6月2日，在高中時期組建的樂隊(duì)“SAKEROCK”正式解散，同日在東京兩國國技館舉行了解散演唱會。10月，參演電視劇《產(chǎn)科醫(yī)鴻鳥》播出，在劇中飾演產(chǎn)科醫(yī)生四宮春樹。12月31日，首次參演紅白歌合戰(zhàn)，演唱單曲《SUN》。

2016年，專輯《YELLOW DANCER》獲第8回CD店大獎大獎、第58回日本唱片大獎優(yōu)秀專輯獎、第6回日本唱片封面獎大獎，并入選日本公信榜周榜第一名。1月10日，參演大河劇《真田丸》播出，在劇中飾演家康三子，江戶幕府二代將軍——德川秀忠。3月，冠名電臺節(jié)目《星野源的 ALL NIGHT 日本》開播，這是星野源在2013年《星野源的Radical》停播后出演的首個冠名電臺節(jié)目。10月，與新垣結(jié)衣主演的電視劇《逃避雖可恥但有用》播出，在劇中飾演男主人公津崎平匡；同月，電視劇主題曲《戀》發(fā)售，單曲發(fā)售首周銷量達(dá)10萬張，累計(jì)銷售量超過30.5萬張，入選日本公信榜單曲周榜第2位（2016年10月17日付），并在Recochoku配信、iTunes配信周榜連續(xù)14周登頂（2017年1月18日付），該曲還獲得2017東京國際電視節(jié)最佳主題曲獎。12月31日，登上第67回NHK紅白歌合戰(zhàn)的舞臺。

2017年，憑借《產(chǎn)科醫(yī)鴻鳥》《真田丸》《逃避雖可恥但有用》三戲的綜合表現(xiàn)，獲得日本電影電視制作人協(xié)會頒發(fā)的第41屆黃金飛躍獎新人賞。5月，其主演NHK的節(jié)目《和源太太一起》開播，他男扮女裝扮演主人公源太太。6月，參演電視劇《產(chǎn)科醫(yī)鴻鳥2》。8月16日，個人第10張單曲、電視劇《溫室里的加穗子》主題曲《Family Song》發(fā)行，單曲發(fā)行后首周銷量達(dá)19.2萬張，刷新了星野源個人單曲周銷量記錄，并在日本公信榜單曲周榜中首度登頂（2017年8月28日付）。12月31日，第三次參演紅白歌合戰(zhàn)，演唱歌曲《Family Song》。

2018年2月28日，發(fā)行第11張單曲《哆啦A夢》，單曲A面曲同時作為同名動漫劇場版《哆啦A夢：大雄的寶島》主題曲使用。8月20日，個人首張網(wǎng)絡(luò)配信單曲《アイデア》首發(fā)，單曲作為NHK晨間小說連續(xù)劇《一半，藍(lán)色》主題曲使用。12月19日，發(fā)行個人第五張音樂專輯《POP VIRUS》。12月31日，連續(xù)第四年登上紅白歌合戰(zhàn)的舞臺，演唱歌曲《アイデア》。

2019年2-3月，展開五大巨蛋巡回演唱會，成為繼桑田佳祐、小田和正、福山雅治、ATSUSHI之后，史上第五位站上日本五大巨蛋的個人男歌手。主演8月30日上映的電影《搬家的大名》。

2020年，與小栗旬聯(lián)袂主演電影《罪之聲》。與綾野剛共同主演電視劇《MIU404》；12月31日，以白組歌手身份參加第71回NHK紅白歌合戰(zhàn)。

2021年1月2日，其出演的《逃避雖可恥但有用特別篇》播出。

個人生活

2012年12月16日，星野源在單曲錄制過程中因腦部劇烈疼痛被送往醫(yī)院就診并在當(dāng)日進(jìn)行了第一場手術(shù)。12月22日，星野源發(fā)表聲明宣布其被確診患有蛛網(wǎng)膜下腔出血，同時暫停所有個人演藝活動。2013年6月24日，星野源再度宣布因個人身體狀況不適暫停演藝活動。9月26日，星野源在接受第二次手術(shù)成功后正式宣布復(fù)出。