神木隆之介出生时患有救治率为1%的感染症，连续两个月处于病危状态，最终在家人的关爱下存活并痊愈。1995年，在神木隆之介2岁的时候，母亲为了留下他的“生存证明”，也为了今后的健康成长，让其加入了central group的日本儿童talent 。神木隆之介因童年时期样貌漂亮可爱，使其成为漫画家、动画制作者创作人物形象时灵感的源泉，日本畅销漫画《投捕手》的画作者柚庭千景在该系列作品的第六卷后记中表示青波的形象设计灵感源自演员神木隆之介，吉卜力工作室作品中的《买下星星的日子》的主人公诺那、《借东西的小人阿莉埃蒂》中的少年翔的形象也都是以他为原型创作的。神木隆之介在高中担任学生委员，同时负责学校的文化祭和体育祭 。
1995年，拍摄了第一支广告，踏入演艺界。1999年，出演电视剧《Good News》，正式作为演员出道。
1999-2001年期间出演了《拭去泪水》、《女婿大人》等十几部电视剧，被称为天才子役 。
2001年，天真可爱又富有表现力的声音被宫崎骏发掘，首次为吉卜力工作室动画电影《千与千寻》中的坊宝宝担任配音 。
2004年，在电影《父亲的背摔绝技》中出演一位和职业摔跤手的父亲保持距离与隔阂的儿子，获得第十四届日本电影批评家大奖新人奖。同年，参与吉卜力工作室动画《哈尔的移动城堡》，为角色马鲁克配音。
2005年，从日本中央儿童剧团毕业，移籍AMUSE。在大河剧《义经》中出演义经童年。同年，出演个人首部主演电影《妖怪大战争》，获得日本电影学院奖新人演员赏。
2006年7月1日放送的《侦探学园Q》是他首部主演的电视剧SP，2007年该剧连续剧化。
2007年，主演的电影《消失在远空中》、《Little DJ：两小无猜》上映。
2008年，在富士电视台建台50周年的台庆剧《风之花园》中出演一位精神障碍者，通过一个多月的钢琴练习，一次性通过了整曲《少女的祈祷》的拍摄。
2009年，为细田守导演的动画电影《夏日大作战》中的主角小矶健二配音，被导演称为连头发翘起的形状都与漫画主人公酷似的配音演员。
2010年，在NHK特别篇电视剧《心之线》中与松雪泰子出演母子，接受了手语和钢琴的特训。同年出演电视剧《SPEC》，扮演一十一。同年，为吉卜力工作室动画《借东西的小人阿莉埃蒂》配音。
2011年，因出演《心之线》获第51回蒙特卡洛国际电视节电视电影男演员赏提名。同年10月主演电视剧《还有第11人》。
2012年4月7日，出演的电影《SPEC：天》上映。同年夏天主演的电影《听说桐岛要退部》上映，该影片获得第34届横滨电影节最佳影片奖、第36届日本电影学院奖最佳影片等多项大奖，成为了他的代表作品。
2012年，再次在NHK的大河剧《平清盛》中出演源义经，在不同大河剧中出演同一历史人物的少年期（2005年《义经》）和成年期（2012年《平清盛》），是继于1996年《秀吉》和2009年《天地人》中出演石田三成的小栗旬之后的第二人。
2013年，出演电视剧《家族游戏》，获第77回日剧学院赏最佳男助演赏。
2014年，在系列电影《浪客剑心》中出演冷酷杀手“天剑”濑田宗次郎 ，同年出演动画真人化电影《诚如神之所说》。
2015年1月，出演电视剧《学校的阶梯》。1月12日，担任NHK纪录片《Next world 我们的未来》的主持人。10月3日，与佐藤健双主演的电影《食梦者》在日本上映 。
2016年2月，与长濑智也共演的由宫藤官九郎执导的电影《Too Young to Die 年轻就死去》上映 。3月出演《3月的狮子》真人版主人公桐山零。同年，与门胁麦双主演的电影《太阳》上映。夏天，为动画导演新海诚的动画电影作品《你的名字》配音
神木隆之介家庭成员有父亲、母亲、爷爷、奶奶和年长11岁的姐姐，15岁升级为舅舅，有两个外甥女。
神木隆之介为人爽快直白，乐观积极。（长濑智也、真木阳子评）
神木隆之介出演电视剧《Good News》出道，作为人气童星广为人知，对于很多人来说都是有着从小看着她长大的感觉。《Little DJ》中，初次挑战爱情戏的神木隆之介在拍摄的时候非常紧张，以至于那些令人心动的爱情戏场面都演得非常真实。而他长大后除可爱角色也开始尝试反面人物，在电视剧《SPEC》中成长为一名演技派，是十分优秀的演员。（人民网、樱井翔、搜狐娱乐、长濑智也评）
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