Una de las más importantes actrices japonesas en este momento, comenzó su carrera como modelo, después de responder a un concurso en la revista Non-No. Más tarde, consiguió un contrato exclusivo como modelo con la revista y se convirtió en modelo profesional en 1997.

Después de numerosas apariciones en revistas y desfiles de modas, comenzó su carrera de actriz en el drama televisivo Koi ha Aserazu (Let's Be Patient at Finding Romance), obteniendo el aplauso generalizado, y más tarde interpretó papeles en otros dramas televisivos como Beautiful Life, Antique - Seiyo Kotto Yogashiten (European Antique Cake Shop), Tentai Kansoku (Cosmic Observation) y Kimi wa Petto (You are My Pet).

Koyuki también intervino en las películas Kairo (Circuit), Keizoku y Laundry. Interpreta un importante papel en la próxima película de Masahiro Shinoda Spy Zoluge.