剧团青年座研究所出身。出道以来经历剧团青年座、Production baobab，最终所属青二Production。丈夫为动画导演西久保瑞穗。大阪府立岛本高等学校毕业。昵称“ケロリン”。

她为人熟悉的代表配音作品有《樱桃小丸子》主角樱桃子的姐姐〈樱咲子〉、《怪医黑杰克》女主角皮诺可、《数码宝贝大冒险》女主角武之内空、《机器勇士》&外传作品《莉娜剑狼传说》女主角丽娜·斯托尔、《机动战士Z高达》莎拉·萨比亚洛夫、《天地无用！》的九罗密美星、《网球甜心2》主角冈浩美及《超级机器人大战OG》的艾克瑟莲·勃朗宁等。除了日本动画之外，还有1991年起至2016年逝去为止长达25年担任美国华特迪士尼作品（包含迪士尼乐园相关活动的广播）角色米妮的日语配音。

出道是1985年播出的机器人题材电视动画《机动战士Z高达》（飞行场播报员）。出道之后，以相同作品登场的莎拉·萨比亚洛夫、《机器勇士》的丽娜·斯托尔及《星战英豪》的阿普尔等机器人动画的要角而获得拔擢，同时自身的知名度也开始上升。1988年，首次饰演女主角的作品是女子网球题材电视动画《网球甜心2》（冈浩美）。

1990年，长寿电视动画《樱桃小丸子》开播，水谷演主角樱桃子的姐姐〈樱咲子〉，成为她的配音代表作。

除了从事配音工作之外，另外曾经组成MIPPLE等其它声优组合参加相关的活动。

1994年11月，水谷与动画导演西久保瑞穗结婚。在结婚之前，曾在西久保执导的电视动画《星战英豪》和《天空战记》中参演。

2011年9月，水谷从Production baobab离所，经历自由身，2012年12月1日加入青二Production。

2016年5月17日，水谷因乳癌在东京都的医院去世，享年51岁。而她在2年前就已经接受乳癌切除手术得治疗，但是在2016年4月22日完成《樱桃小丸子》录音工作（最后一次参加录音是在第1053～1054话）的一个礼拜后身体状况突然恶化必须住院。此外，其病名只有业界相关人士知情。讣报在《樱桃小丸子》的日本官方网站公告之后，原作者樱桃子也在自己的网志发表追思文，不只如此，以前和水谷认识合作的业界人士，及粉丝都陆续在Twitter发文追思悼念。
同年5月28日，小说家赤堀悟宣布与水谷2人一起搭档主持超过10年的电台节目《一生ポリケロ》也在此划下句点。
根据丈夫西久保的说法，妻子住院期间仍然带着台词本，表达她希望自己可以尽早出院继续参加配音工作。可是事与愿违，成为她的遗言。
同年7月3日，于青山殡仪馆举办追思会‘状行会“见到你真好”’，约有700人参加，在这之中，有从以前开始经常跟她共演的同行关俊彦、井上和彦及TARAKO等人一起参加。