高校2年時に初めて訪れた原宿でスカウトされ、アミューズに所属。2006年、テレビドラマ『プリンセス・プリンセスD』の河野亨役で俳優デビュー。2007年1月、平成仮面ライダーシリーズ第8作『仮面ライダー電王』の野上良太郎 / 仮面ライダー電王（声）役で連続テレビドラマ初主演。また、同年8月公開の『仮面ライダー電王 俺、誕生!』で映画初出演・初主演した。2010年1月、NHK大河ドラマ『龍馬伝』の岡田以蔵役で時代劇初挑戦。

2005年、角川映画、ソニーミュージック、Yahoo! JAPAN が合同で実施したスーパー・ヒロイン・オーディション ミス・フェニックスにて審査員特別賞を受賞。同オーディションの受賞者の中では最年少。初仕事は2007年12月1日より放送されたカプコンのゲームソフト『WE LOVE GOLF!』のテレビCM（松原剛監督）。2008年に公開された『トウキョウソナタ』で映画デビューを果たした。その撮影現場で共演者の香川照之・津田寛治と交流し、彼らの仕事ぶりを目の当たりにしたことで女優への決意を強める。

なお、2人の共演は映画『るろうに剣心 伝説の最期編』以来の約3年ぶりで、恋人同士の役を演じるのは初めて。先日、土屋は自身のインスタグラムで「映画『るろうに剣心』で出会わせていただいてからたける先輩、とお呼びして尊敬してきたかた」と佐藤について表現し、「また御一緒する機会に辿りつけたら」と本作の公開前に“再共演”への願いを綴っていたことも話題となっている。

今度は佐藤が、「映画化すると聞いた時から、麻衣役は土屋さんしか浮かばなかった。念願かなって一緒にでき、サポートしたい気持ちはあったけれど、それを考えている時間が僕の役づくりのすべてだった。感謝したいのは僕の方」と相思相愛を強調した。そして、「奇跡」が花言葉の青いバラと「幸せな思いで、忍耐、箱入り娘」が花言葉のホワイトリリーで作った花冠をプレゼント。「お似合いです」と褒めた佐藤に、土屋も「幸せ者です」と笑顔をはじけさせていた。

バラエティ番組に出演すれば、明石家さんまや内村光良、松本人志ら大御所芸人たちを虜にする共演者キラー。映画で共演した若手俳優たちも、彼女を絶賛する。とにかく「いい子」「守ってあげたい」「真面目」と良い評判が溢れている。人気急上昇の俳優・竹内涼真は「太鳳ちゃんは女神様、浄化される」と崇め、菅田将暉は「土屋さんはまっすぐですてきな方」、間宮祥太朗は「顔かたちとか造形美だけじゃなくてキレイな子」と褒めちぎる。

一説によれば、彼女は視力が弱いため、とにかく相手との距離が近いのだとか。楽屋でも共演男優のすぐ近くに寄ってきて、至近距離で相手の顔を見つめながら話すという。さらには、記者会見の場であっても、臆面もなく「○○さん、すごく好き」などと口にしてしまうのだ。「山崎賢人や福士蒼汰など同年代の共演者は“太鳳は俺のことが好きなのか”と素直に思い込んでしまう」（芸能記者）

郷ひろみや松本人志も大絶賛　また、昨年の『紅白歌合戦』で土屋は、郷ひろみ（６１）が歌うバックで妖艶なダンスを披露。熱い抱擁シーンまで見せたが、「あくまで噂ですが、郷ひろみが自ら土屋を指名したらしい」（女性誌記者）さらに、９月１日オンエアの『ダウンタウンなう』（フジテレビ系）では、日頃は辛口のコメントしか出さない松本人志が「かわいい」「娘として完璧」などと土屋を終始、大絶賛。「彼女の天然な魅力は、大御所たちの心も揺さぶっているようですね」（前同）