武井咲，1993年12月25日出生于日本爱知县名古屋市。原本的志愿是成为模特初中入学时，曾向父母说：“要在初中三年里成为模特”。第10回全日本国民美少女大赛也报名了，但是却因为履历书的填写错误而落选。2006年参加了第11回全日本国民美少女大赛，获得模特部门奖和多媒体奖等两个奖项。
2006年11月号《17岁》杂志（集英社旗下）中作为非专属模特出现在“美人眉的制作方法”的栏目里，从此开始了演艺生涯。2007年2月号同样在《17岁》杂志中首次作为专属模特出现。2008年和佐藤亚里沙、桐谷美玲一起以“猫眼三姐妹”成为封面女郎，同年的2/15号也单独成为了封面女郎。
2009年和冈田将生、夏帆、佐野和真等出演《粉红系男孩》又名オトメン（乙男）。
2010年7月主演CX电视剧《GOLD》レギュラー（早乙女晶役）。
2010年11月25日，获得第39回最佳着装奖。
2011年1月在富士电视台的月9剧《你教会了我什么最重要》中，从800人的试镜中脱颖而出，首次在月9剧中出演第二女主角的关键角色，凭借佐伯光这个角色获得68回日剧学院赏最佳女配角。2011年年仅17岁的武井咲成为首个为世界品牌GUCCI代言的日本人。同年4月，主演朝日电视台的电视剧《明日香高工进行曲》，这是她的初次主演作品。10月26日，同年12月14日发售专辑《恋爱心情》，成为歌手。日本摇滚乐队GLAY的团长人久保琢郎担任该专辑音乐制作人。11月8日，武井咲获得了第18届年度最佳笑容奖。12月，成为Gucci日本区首位代言人；同月以单曲《恋爱心情》进入乐坛。出任《明日香高工进行曲》的女主角；主演三池崇史的电影《爱与诚 201X》。
2012年在第二十三回日本珠宝大赏中被授予10代获得者。2012年，首次出演大河剧，在《平清盛》里演出平安时代的美人“常盤御前”一角，以及主演朝日电视台的《W的悲剧》，首次挑战一人分饰两角的演出。5月，武井咲接拍富士台七月开播的日剧《无法呼吸的夏天》，剧中饰演一位19岁少女。同年8月24日，结束了5年9个月担任杂志Seventeen专属模特儿的工作。
2013年5月2日，在第22届日本电影影评人大奖颁奖典礼中，武井咲主演的电影《今天开始恋爱》获得评审认可，荣获最佳新人奖的奖项。
2014年，搭档佐藤健主演电影《浪客剑心》续集2部曲《京都大火篇》与《传说的最终篇》。3月，与演员大仓忠义联合主演由日本少女漫画《幸运情人草》拍摄而成的真人电影。主演朝日电视台日剧《零之真实～监察医・松本真央～》，出演主角松本真央。10月21日，武井咲和绫野刚双主演的富士台连续剧《全部成为F》开播。
2015年，主演7月起在朝日电视台木九档期播放的新作《年龄歧视》，该作中她首次与人气编剧内馆牧子合作，出演叛逆的新人OL。
2016年1月，参演富士台水十档医疗剧《Fragile》。4月29日其参演的电影《火星异种》上映。7月，主演的TBS火十档剧集《毫不保留的爱》播出，她在剧中饰演爱上了已婚上司的年轻女性栗原未亚。9月17日，主演秋档播放的SP特别剧《濑户内少年棒球团》。9月24日，其主演的NHK时代剧《忠臣藏之恋~第四十八个忠臣~》开播。确定出演人气动画《妖怪手表》第三部剧场版的真人部分。
2017年，时隔四年再次出演富士台月九档剧集，在相叶雅纪主演的推理剧《贵族侦探》中扮演女侦探高德爱香，该剧于2017年4月开播。主演7月开始播放的朝日台木九档剧集，接班前辈米仓凉子，首度挑战松本清张作品《黑色皮革手册》。与藤冈靛共同主演的电视连续剧《现在开始我要胁迫你》于10月开播，在剧中她扮演天性善良的大小姐澪。
2020年，武井咲时隔三年再次拍摄朝日电视台SP电视剧《黑色皮革手册——拐带行》。
2021年4月23日，参演的电影《浪客剑心 最终章 人诛篇》上映。
