田中千绘于1981年8月17日出生于日本东京都，并在那里度过了她的童年与青少年时光。她最终毕业于玉川大学，完成了高等教育。由于父亲长期从事与演艺界相关的工作，田中千绘自幼便对这一行业耳濡目染，在家庭环境的熏陶下，她很早便对表演艺术产生了浓厚的兴趣，并逐渐确立了成为一名职业艺人的志向。为了更系统地接受训练，她在高中阶段选择进入以培养演艺人才而闻名的堀越高校学习，这为她日后的事业发展奠定了扎实的基础。1998年，田中千绘正式开始了她的演艺生涯，其出道作品是参演富士电视台旗下的深夜档连续剧《美少女H》系列，由此步入了公众的视野。
田中千绘在出道初期的演艺道路走得并不顺畅，仅能获得一些零星的演出机会，事业发展可谓步履维艰。这一局面直到2004年才迎来转机，她有幸被选中担任中国台湾知名歌手周杰伦《七里香》音乐录影带的女主角，这成为她职业生涯中的一个重要契机。随后在2005年，她进一步获得了与周杰伦、陈冠希等明星共同出演电影《头文字D》的机会，通过在片中客串饰演Miya这一角色，她逐渐在华人观众群体中积累起一定的知名度。此次参演不仅是她演艺生涯的一个突破点，也是她首次正式接触并参与到华语电影的制作之中。正是这次宝贵的经历，让田中千绘看到了在华语地区发展的潜力，尽管她的父母对此持反对态度，她仍于2006年6月下定决心，毅然前往中国台湾寻求更长远的演艺发展。此后，她在作品《头文字D》中再次饰演了Miya一角，进一步巩固了其在华语影视圈中的形象。
田中千绘在抵达中国台湾之后，便全身心投入了语言学习，她于中国台湾师范大学国语教学中心进行了长达八个月的系统中文课程，在此期间她完全暂停了所有演艺相关的工作，专心致志于提升自己的语言能力。到了2007年3月，她本已按照原定计划准备返回日本，然而在启程前夕，导演魏德圣偶然通过网络搜寻到了她的个人博客，并对她产生了兴趣。在受到试镜邀请并通过考核后，她成功获得了中国台湾电影《海角七号》中女主角“友子”这一关键角色，正是这个机会促使她改变了计划，决定继续留在中国台湾发展其演艺事业。2008年8月，随着《海角七号》在中国台湾各大影院正式公映，田中千绘凭借在片中的出色表现迅速积累了极高的人气，一跃成为中国台湾地区备受瞩目和讨论的焦点女演员。同年9月，《海角七号》在日本千叶县幕张举办的第四届亚洲海洋电影节上荣获首奖殊荣，此事经日本媒体报道时，更是以“凯旋归国”这样的赞誉来形容她的成功，这也使得此前对她远赴中国台湾发展持保留态度的父母终于感到宽慰和放心。紧接着在10月，她因在该片中的表演获得了专业认可，成功入围了“2008年金马奖最佳新演员奖”的角逐。到了12月，中国台湾Yahoo!奇摩进行年度盘点时，将田中千绘评选为2008年度台湾十大发烧新闻人物的第三位，进一步印证了她在当时的影响力。需要补充的是，在影片《海角七号》中，饰演友子一角的正是田中千绘（图中右1位置）。
二零零九年，由田中千绘参与拍摄的电影《对不起，我爱你》于中国台湾地区正式公映。次年，她出演的电视剧《星光下的童话》与观众见面，在剧中她挑战了名模角色，这也是她演艺生涯中首次涉足电视剧领域的拍摄工作。同年十一月，一部喜剧电影《爱情36计》登陆院线，田中千绘在片中饰演名为辛心欣的角色，她与陈晓东所扮演的付满伦在剧中演绎了一对感情深厚、彼此相爱的年轻情侣。值得注意的是，这部作品成为她进入中国内地演艺市场的首部亮相之作。在影片《爱情36计》中，由田中千绘（左一）所诠释的辛心欣一角给观众留下了深刻印象。二零一一年，田中千绘与徐若瑄、马如龙等多位演员共同合作，出演了由知名导演魏德圣执导的电影《赛德克·巴莱》，她在片中塑造了名为Matsuno Kojima的人物。到了十二月，她又有一部喜剧片《2012来了》上映，此次她扮演了一个令人既好笑又心疼的角色慧子，这一形象与她以往所饰演的角色类型形成了鲜明对比，可谓是一次成功的形象突破。这也是她与演员黄又南的首次合作，由于两人在进组前并不相识，却在开机后得知第二天就需要拍摄一场尺度较大的激情戏份，二人通过努力克服了语言沟通与文化背景上的差异，迅速建立起默契与信任，从而使得这场戏的拍摄过程异常顺利。在作品《2012来了》中，田中千绘（左一）将慧子这一角色演绎得活灵活现。二零一二年，一部家庭题材电视剧《儿女情更长》播出，田中千绘在剧中饰演谭芳芳，她与青年演员朱铁饰演的童沙波彼此钟情，共同演绎了一段充满曲折与考验的动人爱情故事。同年，她还参演了由徐啸力导演执导的首部电影作品《剑洴沙:野人行动》，在片中她出演了一位忠于内心情感、勇敢追寻自我的都市女性。二零一三年，她与陈宝国、陈月末、韩童生等实力派演员合作出演的战争题材电视剧《义者无敌》正式播出。二零一七年，长期以来主要在中国台湾地区进行演艺活动的田中千绘，时隔十二年再度出演日本电视剧，客串了由相叶雅纪主演的富士台月九剧《贵族侦探》第九集，她在剧中饰演歌手水桥佐和子，这也是她职业生涯中首次参与黄金时段剧集的拍摄。同年十一月，她参演的中国首部以金融谍战为题材的抗战剧《决币》上映，她在剧中饰演一位日本妻子美子。该剧艺术化地再现了在中国共产党正确领导下，彻底粉碎日本帝国主义在发动全面侵华战争前所推行的“伪币经济战——黑猫计划”，并成功炸毁破坏中国金融体系的假币制造窝点的历史事实。在《决币》的宣传海报中，左一即为田中千绘所饰演的美子。二零一八年，她与陈思诚、倪虹洁等演员合作出演的电影《约会大师之爱在响螺湾》播出，她在剧中饰演了欧阳姗姗一角。二零二二年，她出演的悬疑剧《我愿意》播出，在剧中她扮演了经纪人三岛长月。二零二四年二月十七日，她与傅孟柏、邵雨薇等演员共同参演的电视剧《商魂》播出，她在剧中饰演一位西服店的老板。同年十月十九日，她出演的电影《816》正式上映。二零二五年十二月十二日，她参演的电影《赛德克·巴莱（上）：太阳旗》在中国大陆地区上映；随后在十二月十三日，她参演的另一部电影《赛德克·巴莱（下）彩虹桥》也于中国大陆地区与观众见面。
她的父亲是日本业界知名的彩妆大师田中东尼，其本名为田中孝始，他凭借个人才华创立了备受瞩目的独立美妆品牌Tony Tanaka。与此同时，她的母亲同样深耕于彩妆艺术领域，拥有丰富的专业经验，而她的兄长也继承家庭的艺术天赋，投身彩妆行业，成为一名出色的彩妆师。整个家庭都浸润在彩妆创作的氛围中，可谓名副其实的彩妆世家。
在二零零八年，演员田中千绘与范逸臣因共同出演电影《海角七号》而相识，随后两人在合作过程中关系逐渐亲密，一度被外界认为假戏真做，将戏中的情感延伸到了现实生活。到了二零一六年，有媒体拍到他们在街头甜蜜牵手的画面，这使得关于两人恋情的传闻进一步发酵。然而，尽管绯闻持续流传了十余年，他们始终保持着低调的态度，从未对外正式公开承认这段关系。直至二零一七年，有消息传出两人已经分手，据称主要原因在于双方对于未来婚姻的规划存在分歧，未能达成共识，经过慎重考虑后，他们决定结束恋人关系，回归到朋友的位置，继续以彼此尊重的方式相处。
日本女演员田中千绘最初是通过参演周杰伦《七里香》的音乐录影带而获得了广泛的关注，并以此为契机迅速积累了人气。此后不久，她再次获得了与周杰伦合作的机会，出演了由他本人主演的电影作品《头文字D》，片中她所展现出的清新形象与灿烂笑容给观众留下了深刻的印象，也因此被许多媒体和观众亲切地称作周杰伦的“御用女主角”。这位被誉为影坛奇迹的日本女星，随后更凭借一部风靡整个宝岛的热门作品《海角七号》，成功跻身中国台湾地区的一线演员行列，其知名度和影响力一度直逼当时广受欢迎的艺人林志玲。近期，田中千绘正式接拍了其在中国内地的首部大银幕电影《爱情36计》，这标志着她演艺事业的新阶段，也被视为她全面进军内地市场的重要开端。