奈良県吉野郡西吉野村（現：五條市）出身。TOM company所属。代表作は、映画『萌の朱雀』『殯の森』、テレビドラマ『火の魚』『カーネーション』など。

4人姉妹の末っ子。姉たちの名前から1文字ずつ取って「真千子」と名付けられる。

中学3年生の時、地元中学校で靴箱の掃除をしている際に映画監督河瀬直美の目にとまり、1997年の映画『萌の朱雀』で主演デビュー。

2000年、奈良県立御所高等学校（現：奈良県立青翔高等学校）を卒業後に上京、本格的に女優活動を始める。

2007年、地元の奈良県で撮影された主演映画『殯の森』で10年ぶりに河瀬直美監督とタッグを組み、第60回カンヌ国際映画祭でグランプリを獲得、以降注目される。

2009年、ヒロインを演じたNHK広島制作ドラマ『火の魚』が、文化庁芸術祭大賞やイタリア賞最優秀賞など国内外で高い評価を受ける。本作により、第36回放送文化基金賞演技賞、東京ドラマアウォード2010助演女優賞を受賞。

2011年、平成23年度下半期のNHK連続テレビ小説『カーネーション』のヒロインにオーディションを経て起用され、コシノ三姉妹の母でファッションデザイナーの小篠綾子をモデルとした主人公・小原糸子を演じる。

2014年4月クールの『極悪がんぼ』で、フジテレビ系月9ドラマに初主演。

2015年7月26日、EXILEのメンバーとの共演をきっかけに知り合った、芸能事務所LDHの専務取締役を務める男性と結婚した。