二零零三年,柳乐优弥凭借出演富士电视台漫改剧集《国光之政》而正式踏入演艺圈。次年,他迎来了职业生涯的重要转折点,在是枝裕和执导的剧情电影《无人知晓》中担纲主演,饰演被父母遗弃的四个孩子中的长子明。凭借这一充满层次感的角色,他荣获第五十七届戛纳国际电影节主竞赛单元最佳男演员奖,不仅成为戛纳历史上最年轻的影帝,也实现了日本演员在此奖项上零的突破。该片被《日本电影旬报》评选为年度最佳影片,柳乐优弥本人也几乎包揽了当年日本国内各大电影奖项的新人奖,并在《时代》杂志亚洲版推出的“2004 Asia’s Heroes”评选中占据一席之地。在戛纳称帝之后,他的演艺道路愈发宽广。二零零五年,他主演了基于真实事件改编的剧情片《星星少年》,化身少年驯象师小川哲梦。到了二零零六年,他在改编自山田咏美同名小说的青春爱情电影《蜜糖与调味:风味绝佳》中,饰演一位在加油站工作的青年山下志郎。二零零七年,他首次尝试声优工作,为动画电影《天才嘉年华》中由渡边信一郎执导的「BABY BLUE」片段献声。二零零八年九月,他主演了堤幸彦执导的喜剧片《绷带俱乐部》,扮演一位创立“绷带俱乐部”、致力于抚慰他人心灵创伤的少年迪诺(井出埜辰耶);同年,他还跨界出版了个人小说《不停止的雨》。二零零九年,他挑战了清水崇执导的恐怖电影《战栗迷宫3D》。二零一零年一月,他主演了根据山田茜同名小说改编的爱情片《一切化作海》,演绎生长在不幸家庭中的十七岁少年大高光治。同年九月,他主演了推理剧集《TOKYO23 生存城市》,饰演怀揣格斗家梦想的青年新井升。二零一一年,他主演了手机剧《交错的9个杀意》,扮演登山队员崎谷真人;同时,在推理剧《LADY~最后的犯罪心理分析官~》中,他成功塑造了智商高达一百四十的天才死囚巽聪史这一复杂角色。二零一二年五月,他登上舞台,主演了由村上春树原著改编、蜷川幸雄执导的舞台剧《海边的卡夫卡》。二零一三年,他在剧情片《能不能原谅你,我想想看》中饰演从事废纸回收业的十八岁青年野口隆太郎;在李相日执导的动作片《不可饶恕》中,他饰演了为丰厚奖金投身战争的泽田五郎;此外,在日向寺太郎执导的剧情片《长崎的天空下》中,他诠释了暗恋女主角的广濑勇一一角。二零一四年,他主演了福田雄一执导的深夜剧《青色火焰》,饰演以漫画家岛本和彦为原型的角色焰燃;同年,他主演了根据中村文则同名小说改编的推理电影《最后一命》,扮演年幼时被卷入悲惨事件的明濑桂人;在丰田利晃执导的漫改动作片《热血高校3》中,他化身为铃兰之王强罗彻;在改编自真锅昌平同名漫画的剧情片《暗金丑岛君2》里,他饰演了苦力工人虾沼;还在穿越历史剧《信长协奏曲》中出演了织田信长的弟弟织田信行。二零一五年,他主演了根据杉浦日向子同名漫画改编的动作片《合葬》,饰演加入德川庆喜护卫队的秋津极,该片成功入围第三十九届蒙特利尔国际电影节主竞赛单元;同年,他在医疗剧《纯白》中饰演外科医生仲野孝太郎,在NHK晨间剧《希》中扮演中国料理店老板的儿子池畑大辅,并参演了漫改电影《变态假面:变态危机》。二零一八年,他在漫改电影《银魂2:规矩是为了被打破而存在的》中继续饰演人气角色土方十四郎;在另一部漫改电影《响~成为小说家的方法~》中饰演田中康平;在时代电影《椿花散落》中扮演平山十五郎;并客串出演了漫改喜剧《我是大哥大》。二零一九年,他主演了剧情片《黎明》,饰演一位在水边倒下、身负隐秘过往的青年进一;同年,他还参演了校园热血电影《别哭啊赤鬼》以及漫改电影《杀手寓言》。同样是在二零一九年,柳乐优弥确定出演《北斋》中青年时期的葛饰北斋,该片计划于葛饰北斋诞辰二百六十周年的二零二零年上映。二零二零年,真人电影《浪客剑心》在夏季推出两部最终章续作,柳乐优弥加盟演出;他也出演了电影《我是大哥大!!剧场版》。同年七月,他原定主演的电视剧《二月的胜者─绝对合格教室─》因新冠疫情的影响,延期至二零二一年才完成拍摄并播出。二零二一年,他主演了根据北野武原创歌曲及自传翻拍的电影《浅草小子》;同年十月,其主演的电视剧《二月的胜者─绝对合格教室─》正式播出。二零二二年九月一日,他出演的电影《鱼之子》上映;十二月二十八日,其主演的电视剧《汉尼拔》与观众见面。二零二三年九月一日,他主演的电视剧《我死了!》在WOWOW电视台开播,他在剧中饰演樱田和彦;同年十月十三日,他参演的经典日剧《宽松世代又如何》的电影版《宽松世代又如何:International》在日本全国上映。二零二四年九月六日,他主演的电影《夏目新的结婚》在日本上映;同年十月,他参演的电视剧《狮子的藏身之处》播出。根据已公布的计划,他将于二零二五年三月十九日参演的电视剧《噬亡村第二季》上线,并将在二零二六年四月二日主演的电视剧《九条的罪恶》中与观众再次会面。
柳乐优弥自幼便展现出对体育运动的浓厚兴趣,尤其擅长足球与游泳,在小学时期曾怀揣着成为一名职业足球运动员的梦想。相关影像资料收录于柳乐优弥的图册中。2008年8月29日凌晨2时30分许,柳乐优弥在居所内服用药剂企图自杀,经家人及时发现并紧急送往医院救治。其状况一度十分危重,所幸经过抢救最终脱离了生命危险。2009年12月1日,柳乐优弥公开宣布将与相恋四年的女友、日英混血模特丰田爱丽步入婚姻。2010年1月15日下午,两人于东京的明治神宫正式举行了婚礼仪式。同年10月13日下午三点十五分,他们的女儿平安诞生。柳乐优弥的写真照片记录了他不同时期的生活与工作状态。
尽管柳乐优弥在年龄与演艺经验方面尚显年轻,这曾让我们一度怀疑他是否足以荣获最佳男演员的殊荣,然而事实表明,戛纳电影节的评委们确实展现了他们独到而精准的眼光。从他的表演中,尤其是那些细腻而富有层次的脸部表情,观众能够清晰地感受到角色内心坚韧不拔的意志力。柳乐优弥的面容所传递出的,并非仅仅是偶像派明星的青春光彩,更蕴含着一种深沉而专业的演员气质,这使他看起来更像是一位真正沉浸于角色灵魂的表演者,而非仅仅依靠外表的艺人。