2008年8月参加FINEBOYS模特征选出道，为该杂志的专属模特。2009年2月以演员身份主演了“超级战队”系列电视剧中第33部剧集《侍战队真剑者》，饰演志叶丈琉（真剑红），在7月客串了电视剧《假面骑士DECADE》中同一角色，并出演了侍战队真剑者的剧场版《保卫天下大决战》。10月16日出版了个人的第一本写真书《桃李》。

2010年参演“超级战队·侍战队真剑者”系列的其他两部剧场版《侍战队真剑者VS轰音者》、《归来的侍战队》，并饰演电话放送剧《命运之人》中的早濑隆太及《死亡游戏乐园》中的德永翔大。4月参演电视剧《白色荣光2：染血将军的凯旋》饰演泷泽秀树。7月出演电视剧《GOLD》，饰演天海佑希的长子早乙女洸。10月出演电视剧《克隆宝贝》中菊池寻一角。发行个人首张写真年历DVD作品《オリミチ2010》（2010年3月21日出版），其后每年推出一部个人年历性质的写真作品。

2011年1月出演《银河英雄传说》舞台剧，扮演莱因哈特·冯·罗严克拉姆。3月饰演电话放送剧《女神的恶作剧〜成为你的我》中中野秀之一角。5月主演电视剧《明日香工高进行曲》，饰演横山有人。9月出演”名侦探柯南“系列剧第四部《致工藤新一的挑战书》中饰演关西的高中生名侦探服部平次。9月出演电影《我们无法改变世界，但我们想在柬埔寨建一所学校。》，饰演本田充。10月主演了电视剧《顶级怪盗》，饰演“头脑派”怪盗神村零，同时出版了个人首本全裸写真《道-TAO-》。11月参演电影《彼时生命》，饰演松井新太郎，并凭借片中表现获得第85届日本电影旬报奖-最佳新人男演员奖。

2012年1月28日出演电影《剧场版新参者：麒麟之翼》，同时为动画电影《.hack//The Movie》中”田中翔“配音。4月2日主演电视剧《小梅医生》，饰演男主角安冈信郎。4月12日出演”名侦探柯南“系列剧的第四部电影《工藤新一京都新撰组杀人事件》，饰演服部平次。6月4日主演短篇电影《Good Coming～我和少女、还有猫～》。9月主演改编自同名漫画的电影《国王与我》，饰演三纪彦。10月6日单独主演的电影《通灵者》上映，片中饰演涉谷步美，松坂桃李凭借该片获得体育日刊电影大奖石原裕次郎新人奖，及第22回日本映画批评家大赏主演男优赏、第36届日本电影学院奖最佳新人奖。10月7日参演特别版电视剧《在山脊的那一边~父与子的日航飞机坠落事件~》，饰演小仓光太郎。10月13日《小梅医生》的特别篇《无法结婚的男人和女人》上映。12月8日参演改编自同名漫画的电影《今天开始恋爱吧》，饰演男主角椿京汰。同年还为英国电影《胡桃夹子：魔境冒险》日语配音。

2013年1月与中村勘九郎共同主演舞台剧《真田十勇士》。4月5日饰演电视剧《REVERSE~警视厅搜查一课Team Z》中江上亨一角，同时在电视剧《TAKE FIVE~我们能盗取爱吗~》中饰演新美晴登。4月中旬参演舞台剧《亨利四世》，饰演亨利五世。4月28日参加堀北真希主持的电台广播节目《25岁的肖像》。8月24日出演真人版电影《科学忍者队》（台译：科学小飞侠），饰演男主角铁雄。8月29日出演舞台剧名作《历史系的男生》日本版。9月17日出演电视剧《花之锁》特别篇，出演北神浩一。10月2日出演电视剧《段田凛：劳动基准监督官》中的南三条和也。11月9日参演电影《风俗店之行改变了我的人生》。

2014年1月起在NHK大河剧《军师官兵卫》中饰演黑田长政。5月31日上映的电影《万能鉴定师Q：蒙娜丽莎之瞳》中饰演男主角小笠原悠斗。预定12月1日播出的系列特别电视剧《全盲的我当上律师的理由》中饰演大胡田诚。同年，松坂桃李还为日本国民级RPG游戏《勇者斗恶龙：英雄暗龙与世界树之城》配音。

2015年1月31日由松坂桃李参演的电影《艺术大师》上映。2月25日起担任NHKE电视台综艺节目《人生设计U-29》的定期旁白配音。4月1日参演的电影《愚人节》上映，片中饰演轻浮并患有性瘾症的医生。与多部未华子、绫野刚共演的爱情影片《小菜一碟》中他首次出演男同性恋类型角色。10月，为英国影片《帕丁顿熊》担任“帕丁顿熊”一角的日语配音；10月10日，参演的TBS特别剧《图书馆战争BOOK OF MEMORIES》播出；10月20日，由松坂桃李主演的电视剧《警报：刑警·女友·完全恶女》在富士电视台首播，该剧改编自山崎纱也夏的同名漫画；11月7日，参演的《MOZU剧场版》首映，松坂在片中饰演率领犯罪实施部队的残忍暗杀者权藤；11月20日，主演的电视剧SP《视觉侦探日暮旅人》播出。

2016年1月9日，松坂桃李参演的剧情电影《人生的约定》上映；同年，参演的NTV电视剧《宽松世代又如何》在4月17日播出；4月他还出演由作家石田衣良入选直木赏的作品《娼年》《逝年》改编的舞台剧。8月6日，由他参演的电影《秘密》在日本上映，片中饰演一个已经死去的角色。10月29日，配音演出的电影《死亡笔记Light up the NEW world》上映。

2017年1月22日，松坂桃李主演的电视剧版《视觉侦探日暮旅人》首播。1月28日，主演的剧情电影《奇迹，那天如此重要》上映，片中饰演GReeeeN的制作人JIN。9月23日，悬疑电影《摇曳不安的心》中饰演被满是杀人凶手记忆的笔记主宰了命运的亮介。10月2日，参演NHK连续剧小说《笑天家》，剧中饰演大阪老字号米店长子藤吉；10月，参演的由苍井优主演的剧情电影《她不知道名字的那些鸟儿》在日本上映，片中饰演有妇之夫水岛。

2018年2月1日，主演的由漫画改编的真人电影《不能犯》上映；5月12日，与役所广司共同主演的电影《孤狼之血》在日本上映，凭借该片获第61届蓝丝带奖最佳男配角奖、第92届电影旬报奖最佳男配角奖；主演的电影《娼年》在春季上映；7月，参演舞台剧《麦高文三部曲》，饰演天生的杀人机器麦高文；同年，出演由漫画改编的电视剧《在这世界的角落》，剧中饰演北条周作；11月，确定出演漫改青春片《蜜蜂与远雷》。首次主演时代剧电影《打瞌睡的磐音》。

2019年，主演电影《新闻记者》，并凭借片中表现获得第43届日本电影学院奖最佳男主角奖；主演四月开播的电视剧《完美世界》，饰演主人公鲇川树；3月，凭借《孤狼之血》获得第42届日本电影学院奖最佳男配角奖。

2020年，主演朝日台春季特别剧《微笑的人》。参演由吉永小百合主演的电影《生命停车场》预计2021年上映。

2021年4月30日，主演的电视剧《如果那时亲了她》播出。

个人生活

名字

父亲给松坂桃李取名“桃李”，取自《史记·李将军列传》，引用李广的“桃李不言，下自成蹊”，希望儿子将来能够用自己的魅力打动别人。为了追溯名字的起源，松坂桃李曾在日本TBS电视台的纪录片《松坂桃李~遥远的丝绸之路之旅~》中，来到中国甘肃天水探寻历史。

感情

2015年年初，媒体曝光松坂桃李与绫濑遥交往。2016年3月，知情人士爆料称双方工作都很繁忙，聚少离多导致分手。

2020年12月10日，松坂桃李与户田惠梨香宣布结婚。

恩师

2016年5月17日，日本舞台剧导演蜷川幸雄病逝，享年80岁，松坂桃李站在送行最前列，目送恩师蜷川幸雄的灵车出发前往火葬场。