香椎由宇自出生起直至十二岁的童年时光，都是在新加坡度过的，她在当地完成了全部小学阶段的教育之后，才随家人一同返回日本继续生活。到了2001年，她正式开始了自己的演艺生涯，最初是以平面模特的身份进入公众视野，其身影出现在深受少女读者喜爱的时尚杂志《mc Sister》之中，逐渐积累起一定的知名度。在此之后不久，凭借清新自然的形象，她进一步获得了知名护肤品牌的青睐，受邀担任了旁氏DOUBLE WHITE系列产品的广告女郎，从而在更广泛的商业广告领域崭露头角。
二零零四年，她有幸被选中出演战争题材大片《暴风女神》，并在其中担任了至关重要的角色。这部影片的制作班底堪称豪华，不仅邀请了小说家福井晴敏负责剧本创作，更由金牌制作人龟山千广统筹全局，并由知名导演樋口真嗣亲自执掌导筒。演员阵容方面，则云集了役所广司、妻夫木聪等实力派影星。然而，当时在片中饰演那位德日混血美少女的香椎，其表演经验尚显青涩，此前仅参与过两部电视剧的拍摄。到了二零零五年，这一年成为香椎在电影界真正站稳脚跟并打开演艺局面的关键时期。年内共有四部由她参演的电影相继上映，除了备受瞩目的《暴风女神》之外，还包括作品《琳达琳达》、《大停电之夜》以及《笨贼丧擒救世主》。尤其值得一提的是，她凭借在《琳达琳达》中的出色演绎和令人印象深刻的表现，成功赢得了山路文子电影新人奖的肯定，这无疑是对她演技进步的重要认可。 进入二零零六年，她的演艺活动继续保持活跃。七月八日，她参与拍摄的电视剧《我的老板，我的英雄》正式于日本国内首播。随后在九月十六日，她与小田切让、高田纯次、光石研等演员共同主演的电影《国宝山椒鱼》也在日本各大影院上映。二零零七年伊始，一月八日，她与速水重道联袂主演的电视剧《东京塔》在日本播出，她在剧中生动塑造了佐佐木真奈美这一角色。紧接着在一月二十七日，她又有一部参与拍摄的电影《梦十夜》登陆日本银幕。同年四月三日，由她担纲主演的电影《地球上只有我们两人》率先在德国上映；次日，即四月四日，她参与的另一部电影《黄色的眼泪》也在日本与观众见面。然而，自四月至七月期间，由于大学课程安排的需要，她必须前往加拿大进行为期三个月的语言留学与研修，因此不得不暂时中断所有演艺活动。直至十月，她的艺能活动才全面重启，并很快投入了电视剧《有闲俱乐部》的拍摄工作。十月二十七日，她与玉山铁二、洼冢俊介合作主演的电影《午夜进行曲》在日本上映，她在片中饰演了名为黑川千惠的角色。到了十二月十七日，她参与拍摄的电视剧真人版《名侦探柯南》于日本首播。此外，在《名侦探柯南》的真人版作品中，她饰演了宫野志保一角，进一步拓宽了自己的戏路。
二零零八年十月二十日，一部由堀北真希、北川悠仁、大众诚治等人共同主演的电视剧《爱无罪》于日本正式与观众见面，她在剧中精彩演绎了樱井美月这一角色。同年十二月六日，她参与拍摄的电影作品《252发现幸存者》也在日本各大影院上映。进入二零零九年，她的演艺活动依然活跃，二月二十三日，她与加藤罗莎、释由美子、水川麻美联袂主演的电视剧《各血型女人结婚的方法》在日本首播；紧接着在四月十七日，另一部由她与松田翔太、木村祐一共同主演的电视剧《名侦探守则》也登上了荧屏。 二零一零年五月二十二日，她参与拍摄的电影《热血拳击》在日本举行了首映礼，她在片中饰演了高津耀子一角。同年十月十八日，她与伊藤淳史、井浦新、柄本明等演员合作主演的电视剧《森林的牵牛花》开始在日本播出。二零一二年七月十六日，她与洼田正孝、尾原光、千代将太一同主演的电视剧《走马灯株式会社》也与观众如期见面。 二零一三年，在拍摄电视剧《黑教练》的过程中，她因妊娠反应而不得不中途退出剧组；在这部剧中，她原本饰演的是神奈川县警察特别科学搜查研究所的法医学研究员泽真智子。二零一四年，她参演了由绫濑遥领衔主演的爱情剧《今天不上班》，并在剧中成功塑造了户崎啓子这一角色。 时间来到二零二一年九月十七日，她参演了由小田切让自编自导的剧情电视剧《奥莉佛是狗，（天哪！！）这家伙》，该剧正式播出。二零二二年，她参演的电视剧《恋爱何必认真？》播出，她在剧中饰演了中川岬希。二零二三年，她继续参演了电视剧《Dr. Chocolate》。展望未来，她已确定参演由小田切让自编自导的剧情电影《警犬奥利弗 站住别跑！》，该片预计于二零二五年上映。此外，二零二五年九月二十六日，她参演的另一部电影《奥莉佛是狗，（天哪！！）这家伙》也将登陆大银幕。而到了二零二六年四月二日，她参演的网剧《九条的大罪》也将正式上线播出。
香椎的家族背景具有显著的跨国特征与深厚的社会影响力。她的祖父曾长期担任美国记者，在新闻行业拥有丰富的职业经历。她的父亲香椎俊本是一位英日混血人士，凭借卓越的商业才能，他长期担任英国某重要财团的副总裁职务，并在英国社会贡献良多，因此荣获英籍授勋爵士的崇高荣誉，这进一步体现了该家族在国际精英阶层中的地位。
日本演员小田切让与香椎由宇的缘分始于2006年共同出演的电影《国宝山椒鱼》，两人在合作期间相识并逐渐发展为恋人关系。经过一段时间的交往，他们于2007年12月7日正式召开记者发布会，向公众宣布了即将结婚的喜讯。随后在2008年2月16日，这对恋人携手步入婚姻殿堂，组建了幸福的家庭。他们的第一个孩子在2011年2月8日诞生，是一名健康的男孩。时隔三年，在2014年4月18日，家中迎来了第二个儿子，生产过程顺利，母子均安然无恙。到了2016年，香椎由宇再度传出怀孕的消息，当时预计在夏末秋初之际，这个温馨的家庭将迎来第三位新成员的降生。回顾两人的感情历程，香椎由宇与小田切让从相识相恋到共同养育子女，始终保持着稳定而低调的家庭生活。
二零一五年四月二十四日，日本演员香椎由宇与其丈夫、同为知名演员的小田切让，通过二人所属的经纪公司正式对外发布了一份联合声明。声明中沉痛地告知公众，他们的家庭遭遇了巨大的不幸：夫妇二人年仅一岁的次子，因罹患肠闭塞这一急症，经救治无效，已于当月二十日不幸离世。这一突如其来的噩耗，令他们的亲友与广大关心他们的公众感到深切悲痛与惋惜。
2016年8月22日，日本知名演员小田切让与其妻子、同样身为演员的香椎由宇迎来了他们的第三个儿子。此次生产过程十分顺利，母亲香椎由宇与新生儿均状态良好，平安健康。这个孩子的诞生为这个演艺圈家庭增添了新的喜悦与活力。
在2012年7月，日本演艺圈接连出现争议事件，继知名演员小田切让所主演的电视剧《家族之歌》被外界质疑存在抄袭嫌疑之后，其妻子香椎由宇所主演的最新剧集《走马灯株式会社》也陷入了类似的风波，被指涉嫌情节或创意上的剽窃。这一系列事件引发了媒体与观众的广泛关注，知名娱乐刊物《朝日艺能》对此进行了详细的追踪报道，进一步将相关讨论推向了公众视野。
香椎由宇拥有一双格外明亮的大眼睛，鼻梁挺拔而线条精致，鼻翼部分显得十分纤细，同时她的眉形清晰且弧度优美，这些特征组合在一起，使她成为大众眼中五官比例极为标准的典范。作为广为人知的美女代表，香椎由宇更被形容为百万之中仅得一人的“完全左右对称脸型”，这一罕见特质不仅在日本国内引发关注，甚至吸引了海外学者的研究兴趣，从科学和美学的角度对其面容的对称性进行探讨与分析。