2000年，参加第5回「东宝灰姑娘」选拔，从35153人中脱颖而出，以12岁的年龄成为史上最年轻的最高奖获得者，进入艺能界。同年上映的电影《Cross Fire》成为其处女作。 2001年，少女杂志《Pichilemon》专属模特。 2002年，参演NHK电视台的晨间剧《樱》。 2003年，主演电影《机器人竞赛》，获得第27届日本奥斯卡优秀新人奖。由于本人通过这部电影对表演有所觉悟，直到现在都是最喜欢的作品。在同年上映的哥斯拉系列第27部作品《哥斯拉 东京SOS 》以及翌年的系列最终作《哥斯拉FINAL WARS 》中，和与其同届的「东宝灰姑娘」评委特别奖得主大冢千寻共同出演小美人的角色。 2004年，出演了社会现象级的85亿日元票房超人气电影《在世界中心呼唤爱》的女主人公。扮演了因白血病治疗的副作用而患脱发症的广濑亚纪一角，并亲身剃掉长发以光头形象全力出演，造成轰动一时的社会话题。因这部作品而获得了第28届日本奥斯卡最佳女配角奖等多个奖项。 2005年，出演电视剧《龙樱》和《温柔时刻》。主演改编自安达充漫画作品《TOUCH》的真人电影版。同年12月31日，以评委身份参加第56回NHK红白歌合战。从这一年起，连续五年成为《东宝年历》的封面人物。 2006年，参演NHK大河剧《功名十字路口》。继《TOUCH》之后再次主演改编自安达充漫画的真人电影版《ROUGH》。同年上映的《泪光闪闪》是其继《在世界中心呼唤爱》之后的又一卖座电影。同年秋天，主演根据1981年电影大作《水手服与机关枪》改编的同名电视剧。并以剧中角色「星泉」的名义发表同名主题歌，亦是其迄今发行的唯一一张单曲CD。 2007年，主演富士电视台的「月9」电视剧《求婚大作战》，夺得当季的收视冠军，并于翌年拍摄特别篇。主演电影《等待只为与你相遇》在其20岁生日前一天上映。远赴印度为名古屋电视台拍摄45周年台庆电视剧《在恒河游蝶泳》，并于翌年将此次印度之行的内容出版《喝印度茶吗？》。同年4月8日在「日本放送」电台开播名为「长泽雅美 TITLE未定」每期时长半小时的个人广播节目。 2008年，主演电视剧《最后的朋友》，成为话题之作。出演翻拍自黑泽明导演原作的电影《暗堡里的三恶人》。为动画《DMC》配音，是其初次尝试声优的角色。出演电视剧《神探伽利略》特别篇以及根据藤子不二雄的短片漫画改编的电视剧《估价照相机》。为东海电视台50周年台庆节目之纪录片《森命之响》担任解说。9月30日关闭个人官方网站，转于东宝艺能官网发布官方信息。 2009年，参演NHK大河剧《天地人》。作为「日本放送」电台55周年台庆形象大使，连续6月登上电台刊物《I AM 1242》封面。出演根据作家城山三郎遗作改编的电视剧《你已经不在了啊》。主演电视剧《我的妹妹》（4月开播）。主演根据手机小说改编的同名电影《群青》（6月上映）。主演电影《弯曲吧！汤匙》（秋季上映）。
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