ドラマではTBS「3年B組金八先生」坂本乙女役でレギュラー出演ほか、日本テレビ「新・星の金貨」、フジテレビ「大奥」、「プラトニック・セックス」、テレビ朝日「相棒 Season11」、「刑事110キロ」、NHK連続テレビ小説「ゲゲゲの女房」、テレビ東京「徳川風雲録」に出演。映画では「さよならみどりちゃん」（ナント国際映画祭主演女優賞受賞）、「空気人形」（高崎映画祭最優秀助演女優賞受賞）、「感染」、「交渉人 THE MOVIE タイムリミット 高度10000mの頭脳戦」など。日清オイリオ「oillio」、サッポロビール「大地のZERO」の広告に起用。「晩秋」、「リンダリンダ」など舞台にも出演。シングル「カナシミノイロ」、アルバム「星野真里ベスト・コレクション～ガラスの翼」をリリース。エッセイ「星野真里の地味な生活」を発売したり、NHK「おしえて！石川佳純選手」やTBS「風になる」のナレーションを担当したりするなど幅広く活躍。