早年经历
栗山千明从5岁时就开始担任童装模特，曾一度立志成为时装模特，但是由于小学6年级左右，身高（约160cm）就停止了增长，不得不放弃了这一理想。11岁开始学习舞蹈。
演艺经历
1999年，14岁的栗山千明凭借电影《死国》出道，因饰演一个悲惨的幽灵而受到关注。
2000年，搭档北野武、藤原龙也、前田亚季等演员，主演了深作欣二执导的惊悚电影《大逃杀》，饰演运动部猛将“千草贵子”。
2003年，参演了由昆汀·塔伦蒂诺执导，乌玛·瑟曼、刘玉玲、千叶真一等人主演的动作片《杀死比尔》，栗山千明在片中饰演制服美少女杀手。
2004年，与成宫宽贵主演了根据日本漫画家矢泽
爱的同名漫画改编而成的爱情电影《下弦之月》，饰演拥有“下弦之月”一般朦胧美的神秘美人“望月美月”，该片是栗山千明首次担当主演； 9月，签约北京星泽国际影视公司，成为第一个落户北京的日本明星。
2005年3月，栗山千明参演的古装武侠片《少女杀手阿墨2》上映； 10月，与小田切让合作，主演的剧情片《天堂失格》上映，栗山千明饰演问题少女“崎藤村”。
2008年，栗山千明首次挑战舞台剧，出演由井上厦编写剧本、蜷川幸雄执导的作品《道元的冒险》，扮演一个禅僧。
2009年1月10日，与洼田正孝主演的时代剧《浪花的华彩～绪方洪庵备忘录》（又名《浪花之花》）首播，栗山千明在剧中饰演女扮男装的美女左近和包子铺老板娘两个角色。这也是栗山千明第一次出演历史剧。
2010年2月24日，以CHiAKi KURiYAMA（ 栗山千明的
罗马读音）的名字实现歌手出道，出道曲是《机动战士高达UC》的主题曲《流星之泪》； 7月，与小田切让继2005年电影《天堂失格》后再度合作，主演了三木聪执导的夏季日剧《热海搜查官》，栗山千明饰演小田切的搭档北岛纱英； 11月17日，发行第二张单曲《可能性女孩》。
2011年3月2日，发行单曲《美味的季节/决定性的三分钟》；3月16日，发行首张专辑《CIRCUS》。
2012年，参演了由堤幸彦执导，户田惠梨香、加濑亮主演的奇幻犯罪电影《SPEC：天》，栗山千明在片中饰演神秘归国女子“青池里子”。
2013年，搭档冈田准一、荣仓奈奈、福士苍汰、田中圭，主演了根据有川浩的同名小说改编的科幻电影《图书馆战争》，饰演武藏野第一图书馆业务部成员“柴崎麻子”。
2015年5月30日，与桐谷健太、三浦贵大、丰原功补等联袂出演的剧情片《播种的旅人：传说的故乡》上映，栗山千明继《GS乐园》之后，时隔6年再度在电影中担当主演，并首次扮演政府官员角色 ；10月10日，参演的科幻电影《图书馆战争2：最后的任务》上映 。
2016年1月2日，搭档东山纪之主演的时代剧《信长
燃烧》首播 ；4月29日，领衔主演的爱情剧《不愉快的果实》播出，栗山千明饰演在律师事务所当秘书的已婚主妇“
水越麻也子” ；8月6日，与生田斗真、冈田将生、大森南朋共同主演的悬疑科幻片《秘密》上映，栗山千明在片中饰演法医第一研究室的监察医生“三好雪子” 。
2017年4月29日，与木村拓哉领衔主演的动作片《无限之住人》将在日本上映 。
2018年，出演由龟梨和也主演的电视剧《FINAL CUT》将播出 。出演真人电视剧《银河铁道999 Galaxy Live Drama》 。接拍10月6日开播的东京台日剧《Silent Voice 行动心理搜查官·楯冈绘麻》，饰演0.2秒就能看破谎言的刑警 。
个人生活
2009年，栗山千明与玉山铁二在拍摄上电影《秃鹫》时相识，2009年11月，两人恋情被女性周刊杂志曝光。 2010年11月16日，栗山千明在参加品牌发布会时，承认了与玉山铁二正在交往一事. 12月16日，据《体育报知报》称，玉山铁二和栗山千明已经分手 。
