東京都港区出身。アミューズ所属。慶應義塾大学文学部人文社会学科卒業。

芸能界入りのきっかけは、オーディション情報誌『月刊De-View』の誌上オーディションに応募して写真が掲載された事で、アミューズから声が掛かり所属が決まった。
2005年、映画『パッチギ!』に出演し、話題を集めた。
2006年、『のだめカンタービレ』では、主人公のひとりである千秋真一（演：玉木宏）に恋する男子音大生・奥山真澄役を演じた。
2008年7月10日、TBS系列の連続ドラマ『ROOKIES』収録中、急性虫垂炎のため都内の病院に緊急入院して手術を受けた[1]。
2009年9月出版の写真集『小出恵介 by 藤原江理奈 Days in India』では、自身初めてのフルヌードを披露した。
2009年11月公開の『風が強く吹いている』で映画初主演を務めた。
2010年7月7日主演映画の主題歌『シュアリー・サムデイ』で『巧 (小出恵介) withシュアリー・スターズ』としてCDデビュー。
2014年の『吉原裏同心』で時代劇初主演

愛称は「恵ちゃん、こいちゃん」。
家族は弟がいる。
学歴は、川崎市立宮前平中学校→慶應義塾高等学校→慶應義塾大学文学部人文社会学科美学美術史学専攻卒業。
特技は小学校時代からしているバスケットボール、英語。
趣味はビリヤード料理 読書 映画観賞 プロ野球観戦 川柳 ギター 麻雀