2011年8月、ミスセブンティーン2011に選ばれ、『Seventeen』（集英社）専属モデルとなった。2015年6月号を最後に『Seventeen』専属モデルを卒業。同年8月号から『non-no』（集英社）の専属モデルを務める。2018年4月スタートの『いつまでも白い羽根』（東海テレビ・フジテレビ系）でドラマ初主演。2021年6月号を最後に『non-no』専属モデルを卒業。

人気モデルで女優の新川優愛が、12日放送のバラエティ番組「とんねるずのみなさんのおかげでした」（フジテレビ系）の料理企画「チャチャッとキッチン」にゲスト出演。調理中に好きな男性のタイプの話題になり、「（周囲から）あんまり格好よくない人が好きだねと言われる」と、“B専好き”であることを明かした。芸能人で言うならば、三四郎の小宮浩信や、ノンスタイルの井上裕介が好みだという。

しかし、石橋がさらに追及すると、新川は「なんていうんだろ？　小宮さんが恋愛対象ということとはまたちょっと違う。好きなんですけど」と、あくまで“ライク”であって“ラブ”ではないと釈明。だんだんと怪しい方向性になってきたため、石橋は「小宮はバカにされてるってこと？　顔がタイプなのになんで恋愛対象じゃないの？」と追い打ち。すると新川は「いや、でも…」としどろもどろな感じになり、石橋もついに「この娘は嘘ついているな」と本音をぶちまけた。

これを観ていた視聴者も石橋に共感した人が多かったようで、「ブサメンをバカにしてるのか」「モテない男を弄んでそう」「本当のタイプはイケメンでしょ」といった、新川のB専主張に異論を唱える書き込みがネットに上がっている。

「新川は過去にも井上好きを公言しており、井上も興味を示していた時期がありました。しかし、これまで芸人から連絡先を聞かれたことがないため連絡先は知らないとか。今回も新川のB専は設定がかなりあいまいだったので、好感度を上げようとしての発言ではないかと勘繰られています。

ただ、ここまで嘘っぽいと逆に好感度は下がってしまいかねず、ならば言わない方がマシ。今後はブサメン好きキャラを諦め、もっと無難な設定にするか、思い切ってイケメン好きとはっきり言った方がまだ清々しいですよ」（エンタメ誌ライター）　いざ、新川に熱愛が発覚したときに、相手がブサメンなのか、イケメンなのか大いに注目が集まりそうだ。

中学3年生のときに原宿竹下通りでスカウトされ芸能活動を開始。雑誌『ピチレモン』でメンズモデルとして活動。誌上で行われた女装企画で投票結果1位を獲得。2010年、ドラマ『熱海の捜査官』で俳優デビュー2011年、『管制塔』で映画初主演。2016年、『ヒロイン失格』、『orange』等の話題作に次々と出演し、第39回日本アカデミー賞で新人俳優賞を受賞。

2013年、主演した『共喰い』で第37回日本アカデミー賞新人俳優賞を受賞した。2016年、オリコンによる調査で2016年度のブレイク俳優1位を獲得。2017年、NHK『おんな城主 直虎』で大河ドラマ初出演。映画『キセキ -あの日のソビト-』に主演し、グリーンボーイズとしてCDデビューを果たした。