北乃纪伊1991年3月15日出生于日本神奈川县，童星出道的她以清新形象和扎实演技逐步在影视领域站稳脚跟。2005年，14岁的她通过参演日剧《极道鲜师2》正式进入演艺圈，剧中饰演叛逆少女“野田奈津子”，凭借自然的表演获得关。同年，她在电影《幸福的餐桌》中首次担纲主演，饰演与家人关系疏离的少女“中原佐和子”，细腻刻画青春期的敏感与成长，该片为她赢得第29届日本电影学院奖新人演员奖提名。
2006年，北乃纪伊主演社会题材日剧《14岁的母亲》，饰演意外怀孕的初中生“一之濑未希”。剧集直面青少年生育问题，引发广泛讨论，她的表演突破年龄限制，将角色的脆弱与坚韧诠释得极具说服力，凭借这一角色获得第48届日剧学院奖最佳女主角提名，成为当时最受瞩目的年轻演员之一。此后，她持续活跃于影视剧领域，在《太阳与海的教室》《铁板》等剧中尝试不同类型角色，从校园少女到职场新人，展现出角色塑造的多样性。
电影方面，她与是枝裕和导演合作《人知晓》2004年，虽非主演，但作为群像戏的一员，与柳乐优弥等演员共同呈现了被遗弃孩童的生存状态，影片获戛纳电影节金棕榈奖提名，也让她积累了国际视野的表演经验。2010年，她主演电影《十六岁的武士道》，饰演为继承道场而努力的少女“矶山香织”，通过动作戏展现飒爽一面，拓宽戏路。
除了演员身份，北乃纪伊还涉足音乐领域，2008年发行首张单曲《泪色》，兼具演员与歌手双重身份。近年来，她的工作重心转向影视剧，2021年参演悬疑剧《深深地恋爱！》，2022年出演时代剧《镰仓殿的13人》，持续在不同题材中探索表演边界。
从青春期的少女角色到成熟女性的多元诠释，北乃纪伊以二十余年的演艺历程，在日本影视界留下了属于自己的轨迹。她的简历不仅是作品的堆砌，更映射出一位演员在不同阶段对角色的理与突破，始终以真诚的表演面对镜头与观众。