武井咲于1993年12月25日在日本爱知县名古屋市出生。她自幼便对时尚行业怀有浓厚兴趣，最初的职业志向是成为一名专业模特。在刚进入初中之际，她就曾向父母明确表达了自己的决心，表示“一定要在初中三年时间内成功踏入模特领域”。为此，她积极报名参加了第10回全日本国民美少女大赛，然而由于当时填写履历表时出现了一些错误，最终遗憾地未能入选。这次经历并未让她气馁，反而促使她更加努力地提升自己。到了2006年，武井咲再次挑战第11回全日本国民美少女大赛，凭借出色的表现一举赢得了模特部门奖与多媒体奖两项重要荣誉，从而正式开启了她的演艺生涯。
在2006年11月号的《17岁》杂志（该杂志隶属于集英社）中，武井咲于名为“美人眉的制作方法”的专栏里以非专属模特的身份初次亮相，由此正式开启了她的演艺事业。随后在2007年2月号，她同样于《17岁》杂志中首次以专属模特的身份登场，标志着其模特生涯的一个重要转折。到了2008年，她与佐藤亚里沙、桐谷美玲共同组成“猫眼三姐妹”，并一同成为杂志的封面女郎；同年2月15日发行的刊物中，她更是首次独自登上了封面，展现了个人魅力。2009年，她参与演出了名为《粉红系男孩》（亦称作《オトメン（乙男）》）的作品，与冈田将生、夏帆、佐野和真等演员合作，进一步积累了表演经验。 2010年7月，她主演了富士电视台的电视剧《GOLD》，在剧中饰演早乙女晶一角，并成为该剧的常规演员。同年11月25日，她荣获第39回最佳着装奖，在时尚领域获得了认可。2011年1月，在富士电视台备受瞩目的月九剧《你教会了我什么最重要》中，她从近八百人的激烈试镜中成功胜出，首次在月九剧中担任第二女主角这一关键角色；凭借对佐伯光一角的出色演绎，她赢得了第68回日剧学院赏的最佳女配角奖。同年，年仅17岁的武井咲被选为世界知名品牌GUCCI的代言人，成为首位担任该品牌代言人的日本籍艺人。4月，她主演了朝日电视台的电视剧《明日香高工进行曲》，这是她职业生涯中的首部主演作品，意义非凡。10月26日，她的首张音乐专辑《恋爱心情》于12月14日正式发售，标志着她也以歌手的身份展开了活动；该专辑的音乐制作人由日本著名摇滚乐队GLAY的团长久保琢郎担任。11月8日，她获得了第18届年度最佳笑容奖，其开朗的形象深入人心。12月，她正式成为Gucci日本区的首位品牌代言人；同月，她以发行单曲《恋爱心情》的方式正式进军乐坛。此外，她还担任了《明日香高工进行曲》的女主角，并主演了由三池崇史执导的电影《爱与诚 201X》，在影视领域持续拓展。 2012年，她在第二十三回日本珠宝大赏中被授予“10代获得者”的荣誉。同年，她首次出演NHK大河剧，在《平清盛》中饰演了平安时代的著名美人“常盤御前”；同时，她还主演了朝日电视台的剧集《W的悲剧》，在剧中首次挑战一人分饰两角的高难度表演。5月，她接拍了富士电视台于七月开播的日剧《无法呼吸的夏天》，在剧中饰演一位19岁的少女。同年8月24日，她结束了长达五年九个月的杂志《Seventeen》专属模特工作，为其模特生涯画上了一个阶段的句号。
在2013年5月2日举办的第22届日本电影影评人大奖颁奖典礼上，由武井咲担任主演的影片《今天开始恋爱》凭借其出色的表现赢得了评审团的一致好评，并成功斩获了最佳新人奖这一重要荣誉。进入2014年后，她的演艺事业继续稳步发展，先是与佐藤健合作，共同主演了电影《浪客剑心》的续集两部曲，即《京都大火篇》与《传说的最终篇》。同年3月，她又与演员大仓忠义联袂出演了由日本知名少女漫画《幸运情人草》改编而成的真人版电影。此外，她还主演了朝日电视台的日剧《零之真实～监察医・松本真央～》，在剧中生动诠释了主角松本真央这一角色。到了10月21日，由武井咲与绫野刚共同担任主演的富士电视台连续剧《全部成为F》正式与观众见面。2015年，她主演了于7月份开始在朝日电视台木九档期播出的新剧《年龄歧视》，值得一提的是，这是她首次与知名编剧内馆牧子进行合作，并在剧中扮演了一位性格叛逆的新人OL。2016年1月，她参与了富士电视台水十档医疗题材剧集《Fragile》的演出。随后的4月29日，她参演的电影作品《火星异种》于影院正式公映。同年7月，由她主演的TBS火十档剧集《毫不保留的爱》开始播出，剧中她饰演了陷入情感纠葛、爱上已婚上司的年轻女性栗原未亚。9月17日，她主演了于秋季档播出的SP特别剧《濑户内少年棒球团》。紧接着在9月24日，由她挑大梁主演的NHK时代剧《忠臣藏之恋~第四十八个忠臣~》也拉开了播出的序幕。与此同时，她还确定将参演人气动画《妖怪手表》第三部剧场版中的真人部分，为其演艺履历增添了新的亮点。
二零一七年，武井咲在时隔四年之后再度回归富士电视台的月九档期，参与了由相叶雅纪领衔主演的推理剧集《贵族侦探》，她在剧中饰演了聪慧敏锐的女侦探高德爱香，该剧于同年四月正式与观众见面。紧接着，她从七月起主演了朝日电视台木九档的新剧，此次她接替前辈米仓凉子，首次尝试演绎松本清张的经典作品《黑色皮革手册》，这标志着她演艺生涯中的一次重要突破。同年十月，她与藤冈靛携手主演的电视连续剧《现在开始我要胁迫你》如期播出，武井咲在剧中生动诠释了那位内心纯真、天性善良的豪门千金澪，其表演获得了不少观众的认可。时间来到二零二零年，武井咲在暌违三年后再度接拍朝日电视台的特别剧集《黑色皮革手册——拐带行》，展现了她在不同作品类型中的持续活跃。二零二一年，她参与出演的《浪客剑心最终章》被划分为《The Final》与《The Beginning》两部作品相继公映；其中《The Final》主要聚焦于雪代巴的弟弟雪代缘所展开的复仇之旅，即“人诛篇”，而《The Beginning》则深入揭示了主人公剑心脸上十字伤痕背后的往事，也就是“追忆篇”。这两部影片分别定于四月二十三日和六月四日在日本国内上映，并且是该系列首次以IMAX、4DX以及MX4D等多种沉浸式格式呈现，为观众带来了更为震撼的观影体验。同年一月七日，由她主演的电影《黑色皮革手册SP～拐带行~ 》也登上银幕，武井咲在片中塑造了性格复杂、充满野心的原口元子一角。直至二零二四年一月三日，她参演的最新电视剧《颜》正式播出，再次延续了其丰富的演艺轨迹。
武井咲名字中的“咲”字是其本名，这一名字的选取蕴含着父母对她深切的期望——他们希望女儿能够如同鲜花一般健康地绽放，始终保持着开朗的笑容，因此以“咲”字为她命名。在日语中，“咲”是一个动词，专指花朵盛开的状态；而在古汉语里，它也曾作为“笑”的异体字使用，这恰好与父母期盼她笑口常开的愿望相呼应。武井咲的家庭中还有一位比她年幼八岁的妹妹，姐妹二人共同成长。在公开的武井咲生活照中，可以看到她与亲友的日常合影，例如其中一张照片里她位于左侧第一位，这些影像记录了她自然、亲切的生活瞬间，多幅生活照从不同角度展现了武井咲在镜头之外的随和与真实面貌。
2017年9月1日，日本女演员武井咲通过所属事务所正式对外宣布，她已与知名歌手TAKAHIRO登记结婚，同时透露自己当时已怀孕三个月，即将迎来新生命。随后在2018年3月12日，当时24岁的武井咲顺利诞下一名女婴，并通过官方渠道向公众分享了这一喜讯。时隔数年，在2022年3月26日，武井咲再次对外公布家中迎来了第二个孩子，家庭规模进一步扩大。到了2025年2月2日，她又一次对外宣布第三个孩子平安出生的消息，展现了其家庭生活的幸福与充实。
自2007年起，她开始担任中日文化交流大使，致力于推动两国在文化领域的相互理解与合作。此后，她的社会贡献进一步扩展，于2013年正式获任日本红十字会献血宣传大使，积极投身于公益事业，通过自身影响力号召公众参与无偿献血，为保障医疗用血需求贡献力量。
作为奥斯卡事务所倾力栽培的当家花旦，武井咲自出道起便享有得天独厚的优势资源与事务所的鼎力支持。她以凭借《你教会了我什么最重要》荣获学院赏最佳女配角奖项为重要起点，此后演艺事业迅速步入快车道，接连在多部热门日剧中担任主演，展现出强劲的发展势头。在作品中，诸如江口洋介、渡部笃郎等演技精湛的资深演员也时常为其配戏，甘当绿叶，以他们的深厚功底为武井咲的表演保驾护航，助其成长。而她在《W的悲剧》中的表现，更是成功复刻了上世纪80年代女子偶像代表人物药师丸博子的经典角色，赢得了观众与评论界的广泛好评。至2012年，武井咲已在日本娱乐圈被广泛誉为国民美少女，人气急剧攀升，仅在短短一年时间内，其影响力便全面覆盖了广告代言、电视剧集及大银幕电影等多个核心领域，实现了全方位的突破与占领。