アメリカ合衆国カリフォルニア州サンタモニカにて俳優の千葉真一の長男として誕生しました。ちなみに弟は眞栄田郷敦、異母姉は真瀬樹里、叔父は矢吹二朗です。

真剣佑という名前は珍しいですが、芸名ではなく、父・千葉真一が「真実の剣を持って、人の右に出てほしい」という思いを込めて命名したそうです。

幼少の頃より空手道（極真会館）や器械体操、水泳、ピアノの稽古に明け暮れ、空手についてはLA空手大会で優勝する実力を持ちます。

2016年、漫画を原作とする映画『ちはやふる -上の句- / -下の句-』において作中で重要な登場人物を演じ、第40回日本アカデミー賞の新人俳優賞を受賞しました。

2020年12月19日、海外映画の撮影を優先させるため、2021年4月で所属事務所であるトップコートを円満退社し、国内での俳優活動を休止することが発表されました。

1997年、小学6年生の時に芸能界デビューを果たし、『ニコラ』のモデル（ニコモ）として活動を始めます。

2003年に『ホットマン』でドラマ初出演、2004年に『問題のない私たち』で、映画初出演を果たしました。2005年、『パッチギ!』で演じた「リ・キョンジャ」役が高く評価され、数多くの映画賞・新人賞を受賞し、女優として注目を集めます。

その後も『1リットルの涙』や『タイヨウのうた』などに出演し、圧倒的な演技力の高さで注目を集め、数々の賞を受賞する実力派女優として認知されるようになりました。

2019年11月16日、警視庁（組織犯罪対策第五課）に、合成麻薬MDMAを含む粉末（カプセル入り）を所持した麻薬取締法違反の容疑で逮捕されました。NHKの2020年の大河ドラマ『麒麟がくる』（帰蝶 役）に出演することが公表されていましたが、この事件によって役を降板することになり、その後、芸能界を引退しました。

芸能界を震撼させている暴露系YouTuber・ガーシーこと東谷義和が2022年4月10日に自身のチャンネル「東谷義和のガーシーch【芸能界の裏側】」の登録者数100万人突破を記念し、生配信で爆弾を投下しました。

その標的となったのが、俳優の新田真剣佑です。これまでに新田真剣佑は、幾度となくガーシー砲を受けてきており、女性遍歴や交際女性に対し粗悪な扱いをしていたことなど、女性関係に対しての暴露をされてきました。

そんな数々の暴露の中で特に話題に上がったのが女優の沢尻エリカとの関係です。元彼女である村瀬紗英と交際中に沢尻エリカと浮気をしたことが暴露され世間を賑わせました。

東谷義和と新田真剣佑が飲んでいた帰りに東谷義和が新田真剣佑に送ると言ったところ、ある人から呼ばれているから六本木のグランドハイアットに寄って欲しいと頼まれたそうです。

何しに行くのか、誰に呼ばれているのかなどを聞くと、ある人というのは女優の沢尻エリカだということが判明しました。そして、新田真剣佑から「体の関係を持っていいのか相談なんだけど」と言われたそうです。

その後、新田真剣佑をグランドハイアットに送り届けたそうですが、沢尻エリカと体の関係を持ったかどうか真相は不明です。

新田真剣佑と密会後すぐぐらいに、沢尻エリカは大麻を所持していたことが発覚し麻薬取締法違反で逮捕されました。沢尻エリカと一緒にいたということで新田真剣佑も捜査の対象になっているそうです。

松坂桃李が主演を務めた映画『不能犯』で共演をしたのがきっかけで知り合ったそうです。

映画のメイキング映像では、2人の仲の良さが伝わります。初共演でお互いに魅力を感じていたのかもしれないですね。

新田真剣佑は、沢尻エリカの印象について「女性だけどすごく男前」と語っており、とにかくカッコいい！この人に付いていきたい！と思える女優だと感じたようです。