2005年からオリックス・バファローズの投手コーチに就任した。以降、中継ぎ投手陣は2008年までは安定していた。また現役時代から長らく独身であったものの、2008年12月に結婚式を挙げた。2009年は一軍投手コーチ（ベンチ）を担当していたが、投手陣の不振のため6月9日からは一軍投手コーチ（ブルペン）に配置転換となりシーズン終了後退団となった。2010年は韓国プロ野球のSKワイバーンズの二軍投手コーチを務めた。2011年からは再びオリックスに戻り管理部育成担当を務め、同年8月3日付で育成担当コーチから一軍投手コーチ（ブルペン）に昇格した。2012年からは一軍投手コーチ（ベンチ）に就任したがシーズン途中から再びブルペン担当に配置転換になったがチーム防御率がリーグワーストと低迷した。2013年と2014年は育成担当インストラクターを務めた。2014年、10月1日に球団から退団が発表された。同年12月4日に新潟アルビレックスBCの監督に就任する事が発表された。2015年はリーグ優勝、2016年は前後期とも地区3位に終わったが、5年ぶりにNPBの育成ドラフト指名選手（高井俊）を出した。10月31日付で赤堀の来季続投決定を公式発表されたが、発表後に赤堀より退任・退団の申し出があり、11月8日付で退団した。2017年からは東京ヤクルトスワローズ二軍投手コーチ。2018年、10月15日に来季の契約を締結しない旨を通達された。2019年からは中日ドラゴンズ一軍投手コーチに就任した。
9月24日の大阪ドーム最終戦では9回2死からベンチでチームメイトが作った花道を通って登板し、野田浩輔を中飛に打ちとって大歓声に応えた
当初は現役続行の意志を表明してトライアウトに向けた調整を行っていたがオリックスの監督となる仰木彬からコーチ就任の打診を受け、肩の調子が良くならなかったこともあり引退を決めた

静岡県藤枝市下青島で生まれ、小学校4年生で野球を始めた。青島中学では県大会で4試合に登板して37イニング無失点で優勝し、進学校の静岡高校に進学。野球部の同級生には梶山義彦、天野義明らがいた。高校から硬式野球を始め、2年生の夏にはエースナンバーを付けて夏の選手権大会に出場している。関西高校戦では5回から救援で登板し、6安打を浴びて4失点の内容で、チームは4対6で試合に敗れた。なお2年時は球速が124km/h程度にとどまり、カーブやスラーブを中心に投球を組み立てる軟投派だった。秋には野手転向も検討されて内野手や捕手を務めたが、冬期に初めて本格的なウエイトトレーニングを行うと筋肉が急激に成長し、3年の夏には140km/h近くまで球速が増した。ビデオで見た北別府学の投球フォームも参考になったという。夏の静岡県大会は初戦で静岡西高校に4対5で敗れたものの、1年生の時から腕の振りを小田義人スカウトが評価していた事もあり、1988年のドラフト会議で近鉄バファローズに4位指名され、入団した。契約金と年俸はそれぞれ3,000万円、400万円（金額はいずれも推定）だった。
中学2年生だった2002年に、バスケットボール部を終えた帰り道、畑でスカウトされる。2003年1月期にドラマ『いつもふたりで』（フジテレビ）にテレビ初出演し、最終回のエンディングに数秒間登場（役名はないがエンドロールに名前は表記）した。同年7月に映画『COSMIC RESCUE』のヒロイン役オーディションに合格し、同作で映画デビューした。10月期にドラマ『ケータイ刑事 銭形舞』（BS-i）でドラマ初主演。2004年2月に映画『渋谷怪談2』で映画初主演。2005年6月期ドラマ『電車男』（フジテレビ）では、主人公の妹役を演じた。この年には、第84回全国高等学校サッカー選手権大会の初代応援マネージャーを務めた。同年10月期のドラマ『野ブタ。をプロデュース』（日本テレビ）でヒロインを演じ、ブレイクした。同年の映画『ALWAYS 三丁目の夕日』での演技が高く評価され、第29回日本アカデミー賞新人俳優賞など、各種の映画賞を受賞した。2006年4月期ドラマ『クロサギ』（TBS） 吉川氷柱役でヒロインを演じた。同年10月期『鉄板少女アカネ!!』（TBS）で地上波のテレビドラマ初主演。2007年の3月に高校を卒業。大学進学も考えていたが、卒業後は女優業に専念した。2008年、『篤姫』で和宮役としてNHK大河ドラマに初出演。同年10月期には『イノセント・ラヴ』でフジテレビ月9ドラマに初主演。2009年、『アタシんちの男子』で主演。2010年、『ジャンヌ・ダルク』で舞台初出演で主演を務めた。2012年4月期NHK連続テレビ小説『梅ちゃん先生』では、オーディションなしでヒロイン役に抜擢され、同年の『第63回NHK紅白歌合戦』では、紅組の司会を務めた。2013年、「ベストドレッサー賞」受賞。CM NOWの「読者の選ぶCM大賞」女性タレント部門ベスト10では2004年から10年連続でランクインしていた。2015年7月、所属事務所が運営する公式ファンクラブ『ほりきたコレクション』の閉鎖ならびに会費を返金する旨の通知が会員宛てに封書で告知される。同年12月31日を以って『ほりきたコレクション』閉鎖。以降は所属事務所の公式サイトのプロフィールページのお知らせなどで情報を更新していた。2017年2月28日付で所属事務所との契約満了と同時期に活動休止（詳細後述）。堀北のその後については、夫の山本がイベントやテレビ出演した時などに、家庭内を語る形で伝えられている。また、写真週刊誌にも何度かその後の姿が掲載されたことがある。