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2005年，從《nicola》雜誌畢後，參與演出深夜的特攝劇 《[[sh15uya]] 《sh15uya 》，並在電視劇《[[ 東大特訓班]] 》演出開始受到關注。同年參 與[[日本電信電話|NTT]] 與NTT 東[[ 日本電信公司]] 一系列的企業形象廣告，並在[[ 日 本]][[NTV]] 本NTV 的[[ 綜藝節目]] 裡擔任短劇演員，另作為雜誌模特兒，主要為少年雜誌拍攝平面照片。

2006 年10月2日起 年 ， 開始在廣播節目 為電影 《[[GIRLS LOCKS]] 超劇場版 Keroro軍曹 》 主持，和已畢業 的[[戶田惠梨香]]是好友，曾 角色「Mirara」配音。因接連參 與 她一起送禮物給聽眾。2006年末，擔任 日本 格力高[[Pocky]]廣告代言 電視台（NTV）土9電視劇《辣妹掌門 人 並參與廣播節目演出，其後人氣漸升 》及《My☆Boss My☆Hero》而引起話題。3月3日 ， 並發行個人 第一 次的明星交換收藏卡（TRADING CARD）， 本寫真集《水漾☆青春》出版，3月5日 發售 ，從12點開始在福家書店銀座店，舉行簽名和握手 活動 當天兩個 ，有1500人到 場 地約1300人 ，日職監督長嶋茂雄也 到場 ，4400套完 共享盛況；5月17日發 售 寫真影像「相遇」 ， 創下歷來第一次發行明星交換卡單 寫真集封面 日 售出 文標題「ちゅら」在琉球語是「美麗」 的 最高紀錄 意思 。

2007 2006年10月2日起，開始在廣播節目《GIRLS LOCKS》主持，和已畢業的戶田惠梨香是好友，曾與她一起送禮物給聽眾。2006 年 底 末 ， 發表個 擔任日本格力高Pocky廣告代言 人 音樂專輯《[[天空]]》， 並參與 初回版[廣播節目演出，其後人氣漸升[ 專輯封面3]]設計與[[作詞]]。11月8日 ，並發行 個人 官方[[BLOG]]正式運行。12月5日專輯《 第一次的明星交換收藏卡（TRADING CARD），發售活動當 天 空》正式 兩個場地約1300人到場，4400套完售，創下歷來第一次 發行 後與School of Locks合作在12月21日於 明星交換卡單 日 本[[武道館]]舉辦歌手 售 出 道活動，是日本發片後 的 最 快登上武道館演唱的女歌手。並在第58屆[[NHK]][[紅白歌唱大賽]]擔任審查來賓，也擔任睽違紅白16年的槙原敬之演唱歌曲《GREEN DAYS》時的介紹者 高紀錄 。

2009 2007 年初 ，代言第85屆日本全國高校足球賽的應援經理 ，與[[松 第一任應援經理堀北真希皆為日 本 潤]]共演《[[Smile ( 廣播節目《School of Locks》裡《Girls Locks》單元的主持人。另擔任2007年度的 日本 電視劇)|Smile]]》(金10) 紅十字會勸導捐血代言人 ， 原本每年代言人都是 在 劇中飾演[[失聲少女]] 該年度舉辦成年式 ， 因此劇獲得助演女優賞。並於 但新垣結衣與鈴木杏（2004 年 中 度）兩人卻是例外。2007年3月22日， 推出第二 張 本寫真集《純白18》，是以北國函館雪景與溫泉的背景來拍攝。2007年中，畢業於日出高等學校後未再升學， 專 輯 注於演藝圈發展，並接演三部電影《戀愛部屋》、《暴走少年》、 《[[Hug]] 戀空 》 ；期間同時演出日9電視劇《父女變變變》。隨著首部主演電影《戀愛部屋》上映，同時擔任主題曲「追憶」的演唱者，之後，另演唱《戀空》的插曲「Heavenly Days」，皆未發行單曲 。

2007年底，發表個人音樂專輯《天空》，並參與初回版專輯封面設計與作詞。11月8日個人官方BLOG正式運行。12月5日專輯《天空》正式發行後與School of Locks合作在12月21日於日本武道館舉辦歌手出道活動，是日本發片後最快登上武道館演唱的女歌手。並在第58屆NHK紅白歌唱大賽擔任審查來賓，也擔任睽違紅白16年的槙原敬之演唱歌曲《GREEN DAYS》時的介紹者。 2008年初，因《戀空》等電影接連獲得電影新人獎得主,聲名大噪。同年，與山下智久、戶田惠梨香等共演《空中急診英雄》（木10），是繼2005年的《東大特訓班》和2006年的《辣妹掌門人》後再次與山下智久以及戶田惠梨香共演。而《空中急診英雄新春特別版》則在2009年1月10日播映。 2009年初，與松本潤共演《Smile》(金10)，在劇中飾演失聲少女，因此劇獲得助演女優賞。並於年中推出第二張專輯《Hug》。 2010年初，繼續與山下智久、戶田惠梨香等共演《空中急診英雄第二季》（月9）。年中，與生田斗真拍攝電影《花水木》，其間新垣結衣到加拿大、紐約等地取境。為配合電影而推出書籍《The Three Little Pigs》，此書籍由新垣結衣親自繪畫。同年推出的第三張專輯《虹》，當中收錄了自己主演的電影《花水木》的主題曲，其中兩首歌為新垣結衣親自填詞。 2011年，秘密拍攝推理電影《[[麒麟之翼| 麒麟之翼～劇場版·新參者]] 》，與[[ 阿部寬]] 共演，也是繼2005年《[[ 東大特訓班]] 》後再次合作。於7月11日，初次主演連續電視劇《[[ 全開女孩]] 》（月9）開播，相隔一年再推出新作 ，共演的有[[關8]]的[[錦戶亮]]和[[藥師丸博子]]等 。2011年，接拍由[[ 日本電視台]] 改編自日本漫畫大師[[ 高橋留美子]] 熱門漫畫《[[ 亂馬1/2]] 》的2小時特別劇，擔任主演天道茜一角 ，合作男主角男亂馬為[[賀來賢人]]，女亂馬為[[夏菜]] 。為了這個角色有更好的效果特意剪去25[[cm]] 公分 長的[[ 頭髮]] ，自[[ 中學]] 時代後首次留[[ 短髮。 2012年1月3日，與大野智共演由人氣作家東川篤哉的人氣小說改編的同名戲劇作品《再也不誘拐了》播映；4月17日，與堺雅人共演的《王牌大律師》（火9）開播；8月25-26日與嵐共同主持日本電視台《24小時TV35 愛拯救地球》、並於12月30日「第54屆日本唱片大賞」（TBS）與安住紳一郎同台，首次擔任大型頒獎典禮主持。 2013年4月13日，《王牌大律師》特別篇播映，片尾宣布同年秋季開播第二季；4月14日第二次主演連續電視劇《公關室愛情》（日9）開播，共演的有綾野剛和柴田恭兵等人；10月9日與堺雅人、岡田將生共演《王牌大律師》。2014年1月12日，向井理主演的電視劇《S-終極警官》首播，劇中首次飾演槍手。11月8日，電影《再一次說愛你》公開上映[4]，片中首次挑戰母親角色，由深川榮洋執導；11月22日，與堺雅人共演的《王牌大律師之"賤"得好吃驚》播映。 2015年2月28日，主演電影《再會吧！青春小鳥》公開上映[5] ，片中首次飾演老師的角色，劇本改編自中田永一同名小說。於8月29日，與向井理共演電影《S-最後的警官-奪還 RECOVERY OF OUR FUTURE》公開上映。10月10日第三次主演連續電視劇《掟上今日子的備忘錄》（土9）開播，片中飾演喜歡推論與錢且一睡著便會記憶重置的白髮偵探，共演者有岡田將生、及川光博等演員。 2016年10月11日，第四次主演的連續電視劇《逃避雖可恥但有用》（火10）（臺灣片名「月薪嬌妻」）開播，這也是新垣繼《公關室愛情》與《掟上今日子的備忘錄》後，第三次演出由野木亞紀子擔任編劇的電視劇。片中飾演待業中25歲派遣職員而與35歲專業單身上班族「契約結婚」的妄想女子，並於年底擔任第67回NHK紅白歌唱大賽審查來賓。 2017年3月23日，與役所廣司共演的電視特別劇《羈絆~奔跑的奇蹟小馬》在NHK播映，24日播畢，片中飾演與父親（役所廣司）培育照料311地震出生小馬(里昂)的長女，是個災後努力向上的故事。7月17日，《空中急診英雄第三季》（月9）開播，與第二季時隔七年。片中飾演於翔北急診中心研修醫結業後，留在人力不足的前線並堅守奮鬥的飛行醫生領導；10月21日，與瑛太雙主演電影《兵乓少女大逆襲》公開上映。 2018年7月27日，與山下智久等人共演的《電影版 空中急診英雄 》在日本公開上映；7月28日，與成田凌等人共演《空中急診英雄 另一個戰爭》特別篇播出，以劇中實習醫生為主軸，串連第三季與劇場版之間的故事。10月10日，第五次主演連續電視劇《無法成為野獸的我們》（水10）開播，與松田龍平雙主演，片中飾演總是面帶笑容、工作完美而想坦率戀愛的女性，與不相信任何人，但受女性歡迎的毒舌會計師，於工作結束後在酒吧相遇的故事 。