1990年に藤圭子（RA U)、宇多田照實（SKING U）、宇多田ヒカル（H。IKASO U）の家族3人ユニット「U³」を結成。1993年9月17日に当時10歳の宇多田ヒカルもボーカルとして参加し、ニューセンチュリーレコードの前身であるセンチュリーレコードからU³としてロック曲を収録したスタジオ・アルバム『STAR』を発売して日本デビューしている。1995年になると宇多田ヒカルが母親の代わりにメインボーカルとなり、「cubic U」名義としてインディーズのレコードレーベルから作品をヨーロッパやアメリカ合衆国で発売し、翌年にかけて合計3枚のレコードと1枚のマキシシングルを発表。日本では1996年9月26日には日本クラウンから藤圭子 with cubic Uとしてシングル「冷たい月 〜泣かないで〜」を発売している。1997年1月、アメリカで「Cubic U」としてシングル「Close To You」（「遙かなる影」のカバー）、次いでアルバム『Precious』を発売。同年秋、東京のスタジオでレコーディングしていたところ、隣のスタジオにいたディレクターの三宅彰の目に留まり、「日本語でやってみない？」という誘いにより日本デビューが決まった。なお、Cubic Uの日本盤として1998年1月16日にシングル、1月28日にアルバムを発売しているほか、NHK-BS2の『新・真夜中の王国』でテレビ初出演している。
11歳で作詞作曲を始めているが、編曲に関して当初は外部に任せていた。アルバム制作を重ねるにつれ、アレンジからプログラミングに至るまで、すべての音を統括するようになった。まず2ndアルバム『Distance』収録の「DISTANCE」およびそれをアレンジした8thシングル「FINAL DISTANCE」から編曲においても大きく関わるようになり、2004年の13thシングル「誰かの願いが叶うころ」以降は、ほぼすべての楽曲の編曲を単独で行うようになる。彼女の楽曲においては、バックコーラスの声も多重録音によりすべて本人が歌っている。歌詞のインスピレーションは毎日の生活から得る。日本では抽象的なことを歌詞にする書き手が多いが、宇多田自身はヴィジュアルコンセプトから入るので映画のシナリオを書くように言葉にした情景はすべて映像として見ることが出来ると語っている。作曲では、まずパソコンソフトやシンセサイザーなどで流したサウンドに合わせてコードを付け、それにメロディをのせる。歌詞を作るのはそれらの作業が終わった後。
MacBook Pro(15-inch, 2017)とLogic Pro Xを使って曲作りを行なっている。マイクロフォンはNEUMANN TLM 67、NEUMANN TLM 102、オーディオインターフェースはRME Babyface Pro、MIDIキーボードはM-AUDIO Keystation 61es、モニターヘッドフォンはSONY MDR-7506、マイクスタンドはQuiklok、スタジオモニターはFocal CMS50、スピーカースタンドはIsoAcousticsを使用している。
フレディ・マーキュリー、コクトー・ツインズ、ナイン・インチ・ネイルズ、ジミ・ヘンドリックス、プリンス、エディット・ピアフ、チック・コリア、ブルー・ナイル、ビョーク、 レニー・クラヴィッツ、ベラ・バルトーク、ヴォルフガング・アマデウス・モーツァルト、ジェフ・バックリー、尾崎豊、美空ひばりをお気に入りのアーティストとしてあげており、アリーヤやメアリー・J. ブライジなどのR&Bアーティストからも影響を受けたという。
作詞・作曲・編曲を手掛け、自らプログラミングも行っている（2016年現在もApple Logic Pro 9を使用）。絶対音感を持っていると巷で言われたことがあるが、本人がこれを否定している。曲作りに関しては曲先であり、「桜流し」配信開始時には「基本、コード→メロディー→歌詞という流れ。アレンジャーも私です。」とツイートしている。母親の藤圭子は、演歌の陰鬱や悲しさに影響されないように心掛けていたとしている。デビュー当初から宇多田ヒカルを担当している三宅彰は、デビュー10周年の際に受けたインタビューで彼女の変化についてコメントしており、『First Love』から『ULTRA BLUE』までのアルバム4枚は誰に向けて書いたのか具体的に見える曲が多かったが、『HEART STATION』は顔の見えない不特定多数に向いていると述べている。さらに、「10代は内面に向かいがちだったのが、20代半ばになり社会と自分というものを結びつけることができるようになったのかなと思う」とも評している。
見た目は、澄んだ青い瞳が印象的な、巻き毛の14歳の少年。人間だった頃はごく普通の少年であり、「捨て子」とはやし立てられれば立ち向かっていく負けん気の強い性質の持ち主だった。すこぶる妹思いでもあり、メリーベルに注ぐ献身的な深い愛情は、バンパネラとなってからも彼の内面に根を張り続け、以後200年に渡って繰り広げられる数々の物語を織り成す強靭（きょうじん）な縦糸となった。エドガーの「少年」らしい、もしくは「人間」らしい振る舞いが見られるのは1744年から1757年までを舞台にした中篇「メリーベルと銀のばら」、および1820年を舞台にした「エヴァンズの遺書」においてぐらいのものである（「エヴァンズの遺書」では、エドガーは記憶を失い、幼児のようになってしまっているのだが）。彼はメリーベルへの深い愛と、人間に戻りたいというかなわぬ望みを抱き続けながら長い年月を生きているのだが、底知れぬ絶望は表に現われることはない。美しい青い眼は氷のように冷たく、物言いは常にシニカルである。この壮大な物語の幕開けである短編「すきとおった銀の髪」の主人公チャールズには、「あれでぼくと同い年だって。百も年上みたいに見つめて……つめたい目。」などとつぶやかれている。あくまでも14歳の少年の姿かたちをしていながら、そして心の一部分は14歳のみずみずしさを保っていながらも、ふとした瞬間にこの世のものならぬ魔をのぞかせる彼は、その時代時代に出会った人々の心に峻烈（しゅんれつ）な印象を残して通り過ぎていく。1934年のロンドンを舞台にした短編「ホームズの帽子」の主人公ジョン・オービンに至っては、エドガーとの出会い以来、「魔物」の魅力にとりつかれてしまい、エドガーを追い求めることに残りの数十年の人生を捧げるのである。読者もまた、ジョン・オービンと似た想いを抱かされる。生きていればいつかエドガー・ポーツネルに出会える一瞬があるのではないかと夢想せずにはいられない麻薬的な魅力を、この幻想的な物語の主人公は包含しているのである。