2003年，因參演富士台漫改劇《國光之政》而出道   。

2004年，主演是枝裕和執導的劇情片《無人知曉》，飾演被父母拋棄的四個孩子中的長子明，獲得第57屆坎城國際電影節主競賽單元最佳男演員獎，成為坎城史上最年少的影帝，也是首位獲得這項榮譽的日本人。該片被日本電影旬報評為年度最佳作品，柳樂優彌也囊括了國內電影界的各種新人演員獎，在《時代》雜誌亞洲版的“2004 Asia’s Heroes”評選中榜上有名   。

2005年，主演改編於真實事件的劇情片《星星少年》，飾演少年馴象師小川哲夢   。2006年，主演改編自山田詠美同名小說的青春愛情片《蜜糖與調味：風味絕佳》，飾演在加油站工作的山下志郎   。2007年，為動畫電影《天才嘉年華》中渡邊信一郎執導的「BABY BLUE」單元配音   。

2008年9月，主演堤幸彥執導的喜劇片《繃帶俱樂部》，飾演建立“繃帶俱樂部”，為有傷痛的人進行療傷的少年迪諾（井出埜辰耶）；同年，出版小說《不停止的雨》   。2009年，主演清水崇執導的恐怖片《戰慄迷宮3D》   。

2010年1月，主演根據山田茜同名小說改編的愛情片《一切化作海》，飾演生長在不幸家庭中的17歲少年大高光治   。同年9月，主演推理劇《TOKYO23 生存城市》，飾演夢想成為格鬥家的青年新井升   。

2011年，主演手機劇《交錯的9個殺意》，飾演登山隊員崎谷真人   。在推理劇《LADY~最後的犯罪心理分析官~》中飾演IQ140的高智商死囚巽聰史   。

2012年5月，主演根據村上春樹原著改編、由蜷川幸雄執導的舞台劇《海邊的卡夫卡》   。

2013年，主演劇情片《能不能原諒你，我想想看》，飾演從事回收廢紙業的18歲青年野口隆太郎   。在李相日執導的動作片《不可饒恕》中飾演為了豐厚獎金投身戰爭的澤田五郎   。在日向寺太郎執導的劇情片《長崎的天空下》中飾演暗戀女主角的廣瀨勇一   。

2014年，主演福田雄一執導的深夜劇《青色火焰》，飾演原型為島本和彥的漫畫家焰燃   。主演根據中村文則同名小說改編的推理電影《最後一命》，飾演年幼時期被捲入一場悲慘事件的明瀨桂人   。在豐田利晃執導的漫改動作片《熱血高校3》中飾演鈴蘭之王強羅徹   。在改編自真鍋昌平同名漫畫的劇情片《暗金醜島君2》中飾演苦力工人蝦沼   。在穿越歷史劇《信長協奏曲》中飾演織田信長的弟弟織田信行   。

2015年，主演根據杉浦日向子同名漫畫改編的動作片《合葬》，飾演加入德川慶喜護衛隊的秋津極，該片入圍第39屆蒙特婁國際電影節主競賽單元   。在醫療劇《純白》中飾演外科醫生仲野孝太郎   。在NHK晨間劇《希》中飾演中國料理店老闆的兒子池畑大輔   。參演漫改電影《變態假面：變態危機》   。

2016年，主演真利子哲也執導的劇情片《錯亂的一代》，飾演終日尋釁鬧事的少年蘆原泰良，獲得第90屆日本電影旬報獎最佳男主角獎和第38屆橫濱電影節最佳男主角獎   ，該片也入選旬報年度十佳電影第四名     。4月，在宮藤官九郎擔任編劇的青春劇《寬鬆世代又如何》中飾演11連敗的大學復讀生道上萬里部，獲得第89屆日劇學院賞最佳男配角獎     。參演福田雄一執導的喜劇電影《任俠野郎》和改編自同名小說的劇情電影《粉與灰》   。客串深夜劇《勇者義彥與被引導的七人》，飾演桃太郎的同伴猴子。

2017年，在倫理劇《媽媽，不當你的女兒可以嗎？》中飾演建築公司職員松島太一。在愛情劇《弗蘭肯斯坦之戀》中飾演與怪物結下深厚友誼的大學生稻庭聖哉   。在NHK大河劇《女城主直虎》中飾演盜賊團伙頭目龍雲丸   。在《銀魂》真人版電影和衍生劇《銀魂-三葉篇-》中飾演真選組副長土方十四郎   。出演《寬鬆世代又如何SP：純米吟釀純情篇》與系列番外網路劇《我是山岸有何貴幹》   。

2018年，在漫改電影《銀魂2：規矩是為了被打破而存在的》中繼續飾演土方十四郎   。在漫改電影《響~成為小說家的方法~》中飾演田中康平   。在時代電影《椿花散落》中飾演平山十五郎   。客串漫改喜劇《我是大哥大》   。

2019年，主演劇情片《黎明》，飾演在水邊倒下的、有著不為人知過往的青年進一   。參演校園熱血電影《別哭啊赤鬼》   。參演漫改電影《殺手寓言》   。

2019年，柳樂優彌出演《北齋》中青年的葛飾北齋，該片計畫於葛飾北齋誕辰260周年的2020年上映。  

2020年，真人電影《浪客劍心》夏季推出兩部最終章續作，柳樂優彌加盟   。出演電影《我是大哥大！！劇場版》   。7月，主演電視劇《二月的勝者─絕對合格教室─》   。

主演根據北野武原創的歌曲及自傳翻拍成的電影《淺草小子》   。

個人生活

興趣愛好

柳樂優彌喜歡運動，擅長足球和游泳，在國小時代夢想將來成為足球運動員   。

自殺事件

2008年8月29日清晨2時30分左右柳樂優彌在住處吞藥自殺，被家人發現緊急送醫院搶救。一度情況危急，幸而最終脫離危險   。

婚姻家庭

2009年12月1日，柳樂優彌宣布將與交往4年的女友、日英混血模特豐田愛麗結婚。2010年1月15日下午，柳樂優彌與豐田愛麗在東京的明治神宮舉行了婚禮   。10月13號下午三點一刻，女兒出生   。