1999년 연극 <드림 오브 패션>과 TV드라마 <와인 메일(ワインメ-ル)>로 데뷔. 2000년에는 「가면전사 쿠우가(假面ライダ-クウガ)」의 주연을 맡게 되면서 폭발적 인기를 얻었다. 배우로서 본격적으로 주목받기 시작한 것은 구로사와 키요시 감독의 <밝은 미래>(2003)에서 부터이다. 에도시대 자객으로 살아가는 여검사 아즈미를 이야기하는 기타무라 류헤이 감독의 시대극 <소녀검객 아즈미 대혈전>으로는 2003년 일본 아카데미 신인상을 수상했다. 2004년 최양일 감독의 <피와 뼈>를 통해 연기력 또한 인정받았으며, 2005년에는 <오페레타 너구리 저택> <시노비> <스크랩 헤븐> 등 다수의 출연하며 일본에서 가장 바쁜 젊은 배우 중 하나로 떠올랐다.
한국에서는 국내 케이블에서 방영한 드라마 <사토라레>를 통해 널리 알려진 후 이누도 잇신 감독의 <메종 드 히미코>로 여심을 흔들며 급격한 인기를 얻으며 한국에서 가장 인기있는 일본 배우 중 하나가 되었다.
2006년 8월, 재즈 펑크 밴드 '갓테니시야가레'(勝手にしやがれ)와 합동 공연을 펼치고 동시에 공동 싱글을 발매했다. 그 안에서 배우 오다기리 죠는 보컬, 기타, 작사, 작곡에 이르기까지 그의 음악적 재능을 마음껏 펼쳐 보였다. 〈헤저드〉에서 오프닝송을 직접 작곡하고, 거기에 소노 시온의 시를 가사로 붙여 또 한번에 화제를 불러 일으켰다.