2003年，因参演富士台漫改剧《国光之政》而出道   。

2004年，主演是枝裕和执导的剧情片《无人知晓》，饰演被父母抛弃的四个孩子中的长子明，获得第57届戛纳国际电影节主竞赛单元最佳男演员奖，成为戛纳史上最年少的影帝，也是首位获得这项荣誉的日本人。该片被日本电影旬报评为年度最佳作品，柳乐优弥也囊括了国内电影界的各种新人演员奖，在《时代》杂志亚洲版的“2004 Asia’s Heroes”评选中榜上有名   。

2005年，主演改编于真实事件的剧情片《星星少年》，饰演少年驯象师小川哲梦   。2006年，主演改编自山田咏美同名小说的青春爱情片《蜜糖与调味：风味绝佳》，饰演在加油站工作的山下志郎   。2007年，为动画电影《天才嘉年华》中渡边信一郎执导的「BABY BLUE」单元配音   。

2008年9月，主演堤幸彦执导的喜剧片《绷带俱乐部》，饰演建立“绷带俱乐部”，为有伤痛的人进行疗伤的少年迪诺（井出埜辰耶）；同年，出版小说《不停止的雨》   。2009年，主演清水崇执导的恐怖片《战栗迷宫3D》   。

2010年1月，主演根据山田茜同名小说改编的爱情片《一切化作海》，饰演生长在不幸家庭中的17岁少年大高光治   。同年9月，主演推理剧《TOKYO23 生存城市》，饰演梦想成为格斗家的青年新井升   。

2011年，主演手机剧《交错的9个杀意》，饰演登山队员崎谷真人   。在推理剧《LADY~最后的犯罪心理分析官~》中饰演IQ140的高智商死囚巽聪史   。

2012年5月，主演根据村上春树原著改编、由蜷川幸雄执导的舞台剧《海边的卡夫卡》   。

2013年，主演剧情片《能不能原谅你，我想想看》，饰演从事回收废纸业的18岁青年野口隆太郎   。在李相日执导的动作片《不可饶恕》中饰演为了丰厚奖金投身战争的泽田五郎   。在日向寺太郎执导的剧情片《长崎的天空下》中饰演暗恋女主角的广濑勇一   。

2014年，主演福田雄一执导的深夜剧《青色火焰》，饰演原型为岛本和彦的漫画家焰燃   。主演根据中村文则同名小说改编的推理电影《最后一命》，饰演年幼时期被卷入一场悲惨事件的明濑桂人   。在丰田利晃执导的漫改动作片《热血高校3》中饰演铃兰之王强罗彻   。在改编自真锅昌平同名漫画的剧情片《暗金丑岛君2》中饰演苦力工人虾沼   。在穿越历史剧《信长协奏曲》中饰演织田信长的弟弟织田信行   。

2015年，主演根据杉浦日向子同名漫画改编的动作片《合葬》，饰演加入德川庆喜护卫队的秋津极，该片入围第39届蒙特利尔国际电影节主竞赛单元   。在医疗剧《纯白》中饰演外科医生仲野孝太郎   。在NHK晨间剧《希》中饰演中国料理店老板的儿子池畑大辅   。参演漫改电影《变态假面：变态危机》   。

2016年，主演真利子哲也执导的剧情片《错乱的一代》，饰演终日寻衅闹事的少年芦原泰良，获得第90届日本电影旬报奖最佳男主角奖和第38届横滨电影节最佳男主角奖   ，该片也入选旬报年度十佳电影第四名     。4月，在宫藤官九郎担任编剧的青春剧《宽松世代又如何》中饰演11连败的大学复读生道上万里部，获得第89届日剧学院赏最佳男配角奖     。参演福田雄一执导的喜剧电影《任侠野郎》和改编自同名小说的剧情电影《粉与灰》   。客串深夜剧《勇者义彦与被引导的七人》，饰演桃太郎的同伴猴子。

2017年，在伦理剧《妈妈，不当你的女儿可以吗？》中饰演建筑公司职员松岛太一。在爱情剧《弗兰肯斯坦之恋》中饰演与怪物结下深厚友谊的大学生稻庭圣哉   。在NHK大河剧《女城主直虎》中饰演盗贼团伙头目龙云丸   。在《银魂》真人版电影和衍生剧《银魂-三叶篇-》中饰演真选组副长土方十四郎   。出演《宽松世代又如何SP：纯米吟酿纯情篇》与系列番外网络剧《我是山岸有何贵干》   。

2018年，在漫改电影《银魂2：规矩是为了被打破而存在的》中继续饰演土方十四郎   。在漫改电影《响~成为小说家的方法~》中饰演田中康平   。在时代电影《椿花散落》中饰演平山十五郎   。客串漫改喜剧《我是大哥大》   。

2019年，主演剧情片《黎明》，饰演在水边倒下的、有着不为人知过往的青年进一   。参演校园热血电影《别哭啊赤鬼》   。参演漫改电影《杀手寓言》   。

2019年，柳乐优弥出演《北斋》中青年的葛饰北斋，该片计划于葛饰北斋诞辰260周年的2020年上映。  

2020年，真人电影《浪客剑心》夏季推出两部最终章续作，柳乐优弥加盟   。出演电影《我是大哥大！！剧场版》   。7月，主演电视剧《二月的胜者─绝对合格教室─》   。

主演根据北野武原创的歌曲及自传翻拍成的电影《浅草小子》   。

个人生活

兴趣爱好

柳乐优弥喜欢运动，擅长足球和游泳，在小学时代梦想将来成为足球运动员   。

自杀事件

2008年8月29日清晨2时30分左右柳乐优弥在住处吞药自杀，被家人发现紧急送医院抢救。一度情况危急，幸而最终脱离危险   。

婚姻家庭

2009年12月1日，柳乐优弥宣布将与交往4年的女友、日英混血模特丰田爱丽结婚。2010年1月15日下午，柳乐优弥与丰田爱丽在东京的明治神宫举行了婚礼   。10月13号下午三点一刻，女儿出生   。