山口県立宇部中央高等学校、代々木アニメーション学院声優科卒。
アニメ映画『AKIRA』を観たことがきっかけで、声優に興味を持つ。1994年、高校卒業後に上京し、声優になるべく専門学校に通い出す。1995年、学内オーディションで野村道子に見出され、後に賢プロダクションへ所属。声優デビューは、『銀河英雄伝説』の一兵士役。
1999年、「GIZOKU」という『卒業M』の5人の後輩役で、戯賊の末裔の声を演じる。またその声優、田坂秀樹、菅沼久義、堀内真樹、伊藤祐介（後半は勝杏里にチェンジ）と共に、「G.I.zoku」としてユニットを組み音楽活動もした（約3年間で終了）。
2004年7月、『君が望む永遠』で、男性向け作品のキャラクターソングとしては珍しく男性主人公のイメージソングを歌い、注目を浴びる。
2005年2月、シングルDaydreamin' で歌手としてデビュー。携帯サイト「声優V-STATION」で開催された「第2回しゃべくり甲子園」で優勝し、褒美として1時間ラジオ枠を貰い、優勝記念番組『タタタタ・紀章!』が放送された。9月には谷山がボーカルで飯塚昌明がギターの音楽ユニット『GRANRODEO（グランロデオ）』を結成。
2007年10月、小山剛志主宰の劇団の舞台『喝采』で舞台初出演を果たした。
2010年5月3日、GRANRODEOのボーカルとして日本武道館でライブを開催した。その後もGRANRODEOのボーカルとして、武道館のような大きな会場でライブを開催した（詳細は『GRANRODEO』を参照）。
2011年5月、実写アクション映画に初めて出演し、主役を演じた。
2012年3月2日、第6回声優アワードにてST☆RISHとして歌唱賞を受賞。