香里奈出生于日本名古屋，在家庭中她是三姐妹里年纪最小的一位。她之所以在15岁时便踏入模特行业，很大程度上是受到了其姐姐能世あんな的影响，她的姐姐当时正在一家模特事务所工作，这为香里奈提供了接触时尚行业的早期契机和直接榜样。
二零零零年，香里奈以时尚杂志《Ray》专属模特的身份正式开启演艺生涯，由此出道。次年一月，她首次涉足影视领域，出演了个人第一部电视剧《不平则鸣》。二零零二年，十八岁的她选择离开位于名古屋的原有模特事务所，前往东京寻求更广阔的发展空间。就在同一年，她成功登上了杂志《Ray》九月号的封面，这是她职业生涯中的首个杂志封面。到了二零零四年八月，香里奈在电视剧《2H》中首次担纲主演，实现了演艺事业的一个重要突破。同年五月，她参演了个人首部电影《深呼吸的必要》，并凭借在此片中的出色表现，于二零零五年荣获日本电影影评大奖的新人奖项。二零零五年，她发行了个人首本写真集《KARINA》，进一步展现了其多方面的魅力。同年四月，她出演的电影《海猿》上映，并因此片获得了第九届尼夫蒂电影大奖的新人奖。二零零六年，她通过出演电视剧《我脚下之路》赢得了广泛关注，并凭借该剧荣获第五十一届日剧学院赏的女配角奖。 二零零七年，香里奈拓展了事业版图，发表了自主创立的婚纱品牌“Sancta Carina”。也是在这一年，她首次登上TOKYO GIRLS COLLECTION时尚展会的舞台，此后更连续七年在此重要平台上亮相。二零零八年，她通过TBS电视台的电视剧《我最喜欢你》实现了在电视连续剧领域的首次主演，并凭借精湛的演技夺得第五十六届日剧学院赏的最佳女主角奖。同年，她还发售了名为《I can.》的首组照片组作品。二零零九年，她与资深演员黑木瞳合作，主演了职场励志类电视剧《真我霓裳》，在剧中饰演天野绢惠一角，这也是她首次与自己的两位姐姐以“能濑三姐妹”的组合形式同台演出。同年三月，女性时尚杂志《GINGER》创刊，香里奈与山田优、竹下玲奈等五位模特作为主力模特亮相，随后她便成为该杂志的常驻模特。 二零一零年九月二十五日，香里奈通过电影《爱情喜剧》时隔六年再次担任主演。二零一一年一月十二日，她主演了电视剧《美咲NO.1》，并在同年十月首次主演了富士电视台的月九剧《我不能恋爱的理由》，这标志着其人气与实力的进一步认可。同年，她还在运动励志类电影《明日之丈》中担当女主角，并发售了第三本个人写真集《One.》。二零一二年，她与向井理合作主演了爱情电影《女孩》；同年又与木村拓哉合作出演励志类电视剧《PRICELESS》，在剧中饰演二阶堂彩矢一角。二零一三年，她出演了爱情电视剧《SUMMER NUDE》，该剧是她与演员山下智久的第三次合作。 二零一四年，香里奈结束了长达十四年的时尚杂志《Ray》专属模特生涯。在该杂志同年三月发售的五月号上，她完成了作为专属模特的最后一次亮相。二零一五年十月，她主演了TBS电视台的电视剧《婚礼的前一天》。二零一七年一月十二日，她主演的冬季档富士电视台电视剧《被讨厌的勇气》播出；同年十月二日，其主演的另一部电视剧《AI：我与女友与人工智能》也相继播出。二零一八年，她在电视剧《高岭之花》中饰演新庄千秋一角，于第七话登场。时隔七年，她在二月二十一日自己三十四岁生日当天，发行了写真集《G 香里奈》。二零二零年一月十四日，她出演的电视剧《将恋爱进行到底》播出，并凭借在此剧中的表现获得了第一百零四届日剧学院奖的“最佳女配角”奖。二零二一年，她出演了悬疑电视剧《真凶标签》，饰演木幡由实。二零二三年一月十三日，由她主演的电影《然后我走投无路》正式上映。
香里奈出身于知名的“能濑三姐妹”家庭，她的母亲是模特兼演员能世安奈（本名：能濑安奈），而她的二姐则是同样活跃于演艺界的英令奈（本名：能濑英令奈）。三姐妹不仅拥有亲密的血缘关系，还共同居住生活，彼此在事业上相互支持。在作品《真我霓裳》中，她们曾难得地一同登场演出，展现了姐妹间的默契与合作。回顾2008年7月7日播出的《SMAP×SMAP》，那期节目标志着能濑三姐妹首次同时以特别来宾的身份参与同一档电视节目，成为她们演艺生涯中一个值得纪念的时刻。在日常生活中，香里奈对家乡名古屋的风味美食怀有深厚的感情，尤其钟情于ナカモ公司生产的罐装赤味噌（つけてみそ），她时常随身携带这种调味品，以便随时享用这份熟悉的故乡滋味。
二零一零年六月，日本媒体曝光了女演员香里奈与同为演员的田中圭正在交往的恋情传闻。然而，到了同年十二月，面对外界持续流传的关于她与田中圭处于热恋状态的相关报道，香里奈本人通过公开渠道作出了明确回应，彻底否认了上述恋爱关系的存在。
在备受瞩目的亚洲电影大奖颁奖典礼上，香里奈以一袭优雅的卷发搭配精致的长裙靓丽登场，其整体造型不仅光彩照人，更可谓是将出众的气质展现得淋漓尽致，无疑是一位魅力十足的美女。在她所公开发行的个人主题日历中，香里奈成功地将专业模特的时尚表现力、自身特有的活泼灵动感以及作为女星所蕴含的性感韵味融为一体，每一帧画面都仿佛在诉说着故事，由内而外地散发出一种经过岁月沉淀的、从容而迷人的成熟女性魅力。当进入剧组投入拍摄工作时，香里奈所展现出的专注态度更是令人印象深刻，她对待每一个镜头都极其认真，并且始终保持着谦逊有礼的待人接物方式，这种高度的职业素养赢得了合作团队的一致赞誉。与她共事的经历总是愉快而高效，这不禁让人更加期待未来能有机会与她再次携手，共同创作出更多精彩的作品。
二零一四年，日本知名杂志《FRIDAY》以大量版面刊登了女星香里奈的不雅照片，引发社会广泛关注。在这些被公开的照片中，她与来自台湾的富少男友共同躺在床上，画面颇为私密。随后，更有进一步爆料指出其私生活存在不检点之处，使得事件持续发酵。这一系列负面新闻严重损害了香里奈此前建立的健康形象，导致其公众声誉急剧下滑。受此影响，多个原本已经完成拍摄并计划发布的商业代言与广告合约被迫中止，相关宣传物料也被全面撤下，其演艺事业及商业价值均遭受了重大冲击。