自小学阶段起，她便开启了演艺活动的生涯，并在整个中学时期持续参与各类演出与拍摄工作，期间一直隶属于一家位于关西地区的演艺事务所。直至中学学业结束，她做出了一个重要决定：以加入FLaMme事务所为契机，正式将事业重心转向东京，自此开始了在首都圈的全新发展与挑战。
演艺事业的起点始于2000年，当时她通过出演晨间剧《Audrey》正式以演员身份出道。2003年，她参与了由《少年周刊JUMP》所举办的“制コレ'03”选拔活动，尽管并未获得奖项，却因其独特气质被直接吸纳成为该团体的一员。2005年，她获选担任第26届“Victor·甲子园海报”的宣传模特，展现了其在平面媒体上的表现力。同年4月1日，她于木村拓哉主演的电视剧《Engine》中亮相，获得了更广泛的关注。紧接着在10月，作为联合宣传企划的一部分，Victor Entertainment发行了她首次担任主演的DVD短剧《Caling you》，标志着其主演生涯的初步尝试。10月15日，她再次出演电视剧《野猪大改造》，进一步积累了表演经验。2006年4月，她在藤木直人主演的电视剧《辣妹掌门人》中首次担纲女主角，迎来了事业上的一个重要突破。同年6月，她首次涉足电影领域，在作品《死亡笔记》中成功塑造了弥海砂这一角色，并于11月3日上映的电影《死亡笔记：最后的名字》中延续了这一角色的演绎。2007年3月，她首次作为电影主演，在作品《海胆煎饼》中饰演女学生松下羽月。4月，她进一步在电视连续剧领域首次担任主演，于《欺诈游戏》中饰演天真烂漫的少女神崎直。同年11月17日，她拓展了演艺事业的边界，在为PlayStation3游戏《源氏：神威奏乱》配音的工作中首次尝试了声优角色。2008年7月3日，她与山下智久、新垣结衣等人共同主演的电视剧《CODE BLUE》在日本首播，她在剧中饰演的紧急救命医生绯山美帆子给观众留下了深刻印象。10月17日，她与锦户亮、二宫和也联袂主演悬疑剧《流星之绊》，并凭借该剧中的出色表现荣获第59届日剧学院奖最佳女配角奖。12月，她作为嘉宾出演综艺节目《新堂本兄弟》，与KinKi Kids的两位成员进行了游戏《太鼓达人》的对战。2009年1月10日，她主演的电视剧特别篇《CODE BLUE：新春特别篇》在日本首播。1月19日，她在电台节目《SCHOOL OF LOCK!》中宣布了即将离开节目组的消息，原因是为了投入电影《阿玛尔菲：女神的报酬》的拍摄而需长期前往意大利出差。3月14日，她出演的电影《恋极星》在日本上映，片中她饰演了柏木菜月一角。4月16日，她与天海祐希、竹野内丰等共同主演了破案类电视剧《BOSS》，饰演刑警木元真实。7月18日，她主演的电影《阿马尔菲：女神的报酬》在日本上映。11月3日，她主演的电视剧《欺诈游戏2》在日本首播。2010年1月11日，她再次与山下智久、新垣结衣等合作，共同主演电视剧《CODE BLUE 2》，继续饰演医生绯山美帆子。3月6日，她主演了电影《诈欺游戏：终极之战》，再度演绎了天真耿直的少女神崎直。同年10月，由她主演的悬疑电视剧《SPEC》在TBS电视台播出，该剧以其独特的题材和紧张的节奏获得了广泛关注，她也凭借此剧荣获第67届日剧学院奖的女主角奖。2011年1月17日，她与三浦春马等人主演的电视剧《你教会了我什么最重要》在日本首播，她在剧中饰演修二的未婚妻、英语老师上村夏实。4月14日，她再次与天海佑希等合作，共同主演的电视剧《BOSS2》在日本首播，她继续饰演刑警木元真实。4月29日，她与中谷美纪、芦田爱菜等共同主演的电影《阪急电车》在日本上映。10月1日，她与市原隼人、竹山隆范等联袂主演电影《狗与警察：纯白之绊》，在剧中饰演警察水野夏希。2012年，为了更好地塑造2013年自己主演的NHK电视剧《书店员美知留的故事》中的角色，她毅然剪去了标志性的长发。同年4月1日，她主演了单集电视剧《SPEC~翔~》，饰演当麻纱绫；4月7日，她主演了同系列电影《SPEC：天》。4月16日，她与大野智、佐藤浩市共同主演的悬疑电视剧《上锁的房间》在日本首播，她在剧中饰演律师青砥纯子，并凭借此角色获得第73届日剧学院奖的女配角奖。8月23日，她在电视剧《东野圭吾推理系列》的第7集“白色凶器”中担任主演，饰演OL中町由希子。2013年1月8日，她主演了NHK剧情电视剧《书店员美知留的故事》，饰演书店店员古川美知留。7月8日，她与山下智久、香里奈、长泽雅美等共同主演的电视剧《SUMMER NUDE》在日本首播，她在剧中饰演暗恋男主角多年的学妹谷山波奈江。9月17日，她主演的电视剧特别篇《花之锁》在日本首播。10月23日，她在电视剧《SPEC～零～》中担任主演，随后在11月1日公映的电影《剧场版SPEC~结~渐之篇》及11月29日公映的电影《剧场版SPEC~结~爻之篇》中，继续主演并饰演同一角色——推理天才当麻纱绫。2014年1月3日，她与大野智等人共同主演了电视剧《上锁的房间特别篇》。10月18日，她在奇幻悬疑电视剧《世界奇妙物语2014年秋季特别篇》的“ファナモ”一集中担任主演。2015年4月1日，她主演的电影《愚人节》在日本上映，她在片中饰演一位患有对人恐惧症的孕妇。6月24日，她与黑木明纱、佐佐木希共同主演了爱情电视剧《恋爱中会有的事》，在“同居中会有的事”单元中饰演小泽真理。7月8日，她出演了由堤真一主演的剧情电视剧《危机之神》，在剧中饰演女强人神狩佳织。2016年4月2日，她出演了WOWOW台电视剧《为了这条街的生命》，饰演幡枝亚纪。10月13日，她主演了科幻剧《时间巡逻女职员》，饰演一位穿越时空的女职员外村理惠。10月29日，她参演了由东出昌大等人主演的漫改电影《死亡笔记：点亮新世界》，再次饰演弥海砂一角。2017年4月14日，她出演了藤原龙也主演的悬疑电视剧《反转》，饰演面包师越智美穗子。4月29日，她出演了木村拓哉主演的漫改电影《无限之住人》，饰演游女乙橘槙绘。7月17日，她再次与山下智久等人合作，共同主演电视剧《CODE BLUE 3》，继续饰演医生绯山美帆子。2018年，她成为了法国某知名化妆品牌的首位日本代言人，展现了其在时尚领域的影响力。同年4月，她出演了岩田刚典主演的电视剧《岌岌可危酒店！》，饰演酒店管理人樱井佐那。7月，她出演了电影《CODE BLUE》。7月28日，她主演的电视剧《Code Blue 特别篇 -另一个战场-》正式播出。10月，她主演了电视剧《大恋爱～和忘记了我的你》，在剧中饰演34岁的医生北泽尚，并凭借该剧荣获第14届Confidence Award电视剧奖最佳女主角奖以及第99届日剧学院奖最佳女主角奖。2019年，她主演了电影《那一天的风琴》。同年9月，她在NHK电视剧小说《绯红》中担任女主角。2021年1月，她出演了长濑智也主演的电视剧《我家的故事》。同年7月，她主演了电视剧《秘密内幕～女警的反击～》。2022年11月23日，她出演的电影《母性》上映。2026年1月18日，她主演的冬季新日剧《重启》开播。同年4月27日，她参演的电视剧《你会堕入地狱哦》正式上线。
父母曾长期经营一家传授少林拳法的武术道场，以此作为家庭事业并致力于传统武学的推广。然而，那间承载着家族心血与记忆的道场，在当年惨烈的阪神淡路大地震中不幸被彻底摧毁，这段经历也成为了家庭历程中的一个重要转折点。在家庭构成方面，户田并非独生女，她有一位年长六岁的哥哥，以及一位比她年幼六岁的妹妹，兄妹三人共同成长于这个与武术渊源深厚的家庭环境之中。
她不仅精通料理与钢琴演奏，还拥有潜水技能，并在书道方面颇有造诣，同时掌握了少林拳法且已取得初段资格。她的兴趣爱好广泛，包括日常健身以及亲手制作各类点心。在日常交谈中，她习惯使用亲切随和的关西方言。在家族所经营的道场尚未被毁之前，她长期跟随自己的哥哥和父亲进行少林拳法的系统学习与刻苦训练，这段经历为她奠定了扎实的武术基础。
她与女演员水川麻美私交甚笃，两人时常在彼此的交友软件上互动，展现出亲密的友谊。在她心中，十分欣赏和憧憬的女演员包括中谷美纪、大竹忍以及柴崎幸，这些优秀前辈的表演风格与艺术成就对她产生了深远的影响。此外，在海外演员中，她尤其喜爱来自加拿大的男演员兼导演哈维尔·多兰，对他的影视作品与独特创作视角抱有浓厚的兴趣与好感。
2008年12月，日本知名娱乐杂志《女性SEVEN》率先披露了女演员户田惠梨香与日本偶像团体“关8”成员村上信五之间的恋爱关系，这段感情持续了一段时间后，最终于2010年宣告结束。就在同一年，另一家媒体《女性SEVEN》又追踪并曝光了户田惠梨香与男演员绫野刚的新恋情，两人交往至2013年，同样以分手告终。紧接着在同年10月，杂志《周刊女性》再度发布消息，称户田惠梨香已开始与男演员胜地凉交往，这段关系维持到2016年5月，双方决定分开。随后在同年6月，户田惠梨香的感情生活出现了新的动向，她被曝与男演员加濑亮展开恋情，然而进展迅速，仅到同年10月，两人便结束了这段短暂的交往。时间来到2017年10月，日本媒体《产经体育》发布报道，指出户田惠梨香当时正在与男演员成田凌交往，两人是因共同出演电视剧《CODE BLUE 3》而相识并逐渐发展为恋人关系的。此后，在2020年12月10日，户田惠梨香与男演员松坂桃李通过各自事务所正式对外宣布结婚的喜讯，引起了广泛关注。2022年11月28日，户田惠梨香进一步公布了怀孕的好消息，这是她与松坂桃李婚姻中的第一个孩子。最终在2023年5月，户田惠梨香对外宣布，她与丈夫松坂桃李的第一个孩子已经平安出生，不过关于孩子具体的出生时间以及性别等详细信息，当时并未向公众公开。
二零一一年，日本在遭受东日本大地震的重创后，社会各界纷纷伸出援手，展开各类救援与支援行动。在此背景下，她与同属FLaMme事务所的福田麻由子、吉濑美智子等多位艺人共同积极响应事务所组织的赈灾义卖活动。活动中，她们慷慨捐出自己的私人服饰进行义卖，并将所得款项悉数捐赠，以此实际行动为灾区募集善款，同时真挚地表达了对于灾后重建的支持与对受灾民众的美好祝愿。
早年以清新邻家女孩形象踏入演艺圈的户田惠梨香，在事业初期并未迅速走红，即便她担纲主演了日剧《诈欺游戏》，剧中那种温顺乖巧的角色设定也未能让广大观众产生持久的记忆点。转折发生在2008年，当她在作品《CODE BLUE》里出演一位外表冷淡、内心炽热且言辞直率的实习女医生时，其身上蕴含的成熟御姐气质首次得以展露，这一突破性的表演为她赢得了广泛关注。自此之后，她的演艺道路变得愈发顺畅，不仅片约不断，更被日本诸多媒体公开称赞为“菅野美穗的接班人”，预示着她将成为下一代实力派女演员的中坚力量。无论是在日本本土还是在亚洲地区，户田惠梨香都积累了极高的声誉与人气，她凭借靓丽的外形、扎实的演技以及那份充满感染力的招牌笑容，赢得了无数影迷的喜爱与坚定支持。（新浪评论）此外，在电影《死亡笔记》中，她所诠释的弥海砂一角尤其令人难忘，那双马尾的甜美造型灵动可爱，成功塑造了许多男性观众心中难以取代的女神形象，进一步巩固了她在影视界的地位。（新浪评论）