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2001年，通过出演漫改电影《[[STACY]]》在大荧幕出道。2009年，首次担当长篇电影主角，主演剧情片《[[潘多拉的盒子]]》。2011年，主演剧情电影《[[庸才]]》，获得第68届威尼斯国际电影节最佳新人奖和第三届TAMA电影奖最佳新人奖。2012年，主演爱情电影《[[说谎的男孩与坏掉的女孩]]》，获得第66届每日电影奖最佳新人奖。2013年12月，个人首部自编自导的剧情电影《Similar But Different》上映；同年，获得第36届日本电影金像奖优秀新人演员奖。2014年，主演科幻电影《[[寄生兽]]》。2015年，主演剧情电影《再见歌舞伎町》，获得第14届纽约亚洲电影节最佳新人奖。2017年，在《 [[ 妖猫传 ]] 》中出演高僧空海。

2011年1月，与大政绚共同主演爱情电影《 [[ 说谎的男孩与坏掉的女孩 ]] 》，片中饰演经历过绑架事件而受到精神创伤的男孩阿道，染谷将太凭借该影片获得第66届每日电影奖最佳新人奖；9月，与二阶堂富美联袂主演剧情电影《[[庸才]]》，片中饰演遭遇不幸的中学生住田祐一，染谷将太凭借该影片获得第68届威尼斯国际电影节最佳新人奖和第三届TAMA电影奖最佳新人奖。2012年1月21日，搭档吉冈秀隆、堀北真希等，出演剧情电影《 [[ 永远的三丁目的夕阳之1964 ]] 》；1月28日，搭档仲间由纪惠出演的以“龙”为神灵崇拜的古代琉球王国为背景的古装电影《[[暴风雨3D]]》在日本上映，染谷将太在片中饰演男主角尚泰王；2月，主演根据长篇群像小说改编的剧情电影《 [[ 没有人活着吗? ]] 》，片中饰演ケイスケ；5月，与石原里美、濑户康史合作，出演恐怖电影《[[贞子3D]]》，片中饰演安藤孝则的同事榎木俊介；9月，搭档冈田准一、佐藤隆太等，参演古装电影《[[天地明察]]》，饰演幕府将军德川家纲；11月，搭档伊藤英明、二阶堂富美等，出演犯罪惊悚片《[[恶之教典]]》，片中饰演喜欢怜花的同班男生早水圭介。2013年2月9日，与生田斗真、江口洋介、松雪泰子等搭档，出演推理电影《脑男》，片中饰演杀人凶手志村昭文；2月23，搭档秋吉久美子等，主演剧情电影《[[幕间休息]]》；2月27日，凭借在电影《庸才》、《[[恶之教典]]》中的表现获得了第38届日本电影金像奖优秀新人演员奖；3月，主演日本电影教育机构“映画美学校”出品的剧情电影《ただいま、ジャクリーン》；12月，突破演员身份，变身导演和编剧，执导剧情电影 《Similar 《[[Similar But Different ]] 》；同年，获得日本黄金飞翔奖新人奖。2014年5月，在励志喜剧电影《 [[ 哪啊哪啊神去村 ]] 》中饰演考学失败后到偏僻山村接受林业培训课程的都市男青年公平野勇气；8月，搭档黑川芽以，主演改编自同名小说的剧情电影《蒲生家的路边餐馆》[26-27] ；10月，参演以北海道为舞台的温情片《 [[ 葡萄的眼泪 ]] 》，片中饰演大力支持哥哥事业的弟弟ロク；11月，与福士苍汰、山崎纮菜、神木隆之介等人合作，在恐怖电影《诚如神之所说》中饰演主人公高畑的同班同学佐竹；11月29日，由染谷将太主演的、根据漫画改编的真人电影《寄生兽》在日本上映，片中染谷将太饰演右臂被寄生虫寄生的主人公新一。

出生于1992年的染谷将太，并不是时下流行的鲜肉美男，却有着一张标准的日系小生面孔。作为一个童星出道、参演过的影视剧一双手都数不过来的男演员，染谷将太前期出演的大多是穿着制服的学生形象，或敏感害羞，或默默暗恋。直到2012年出演了电影《 [[ 庸才 ]] 》，染谷将太才真正作为实力派演员被认识。在电影《 [[ 寄生兽 ]] 》中，染谷将太在拍摄时完全是正常状态，因此要表现右手被寄生的状态是非常难得一些事，好在他虽然90后出身，但是太大大小小接拍了众多影视作品，早已身经百战，因此将右手被寄生的场景演绎的十分生动。（《杭州日报》、腾讯网、新浪网评）