2000年，星野源与高中同学共同组建了一只名为“SAKEROCK”的乐队，由此开始了演艺生涯   。2003年加入剧团经纪公司“大人计划”，之后首次参演大人计划舞台剧《人间破产》及电视剧《水男孩》   。2004年参演电影《69》，在剧中饰演中村让一角。2007年，星野源与日本作曲家细野晴臣在《TVBros》杂志上共同连载对谈文章《地平线的相谈》   。7月，主演短篇喜剧《去年在雷阿诺》在东京电视台播出。2009年9月，出版散文集《然后生活继续下去》，星野源首次出版文学作品。

2010年3月，与松下奈绪、向井理出演电视剧《怪怪怪的妻子》，星野源在剧中饰演村井布美枝的弟弟   。6月，在细野晴臣的提议下，星野源以个人名义发行了首张音乐专辑《笨蛋之歌》，专辑入选次年举办的第3回CD店大奖候选曲目   。

2011年3月2日，首张单曲《在无趣之中》发售。11月，发行了第二张专辑作品《EPISODE》，专辑首周销量1万张，入选日本公信榜（2011年10月10日付）周榜第五名，并累计在榜55周   。

2012年2月7日，第4回CD店大奖获奖曲目发表，星野源专辑作品《EPISODE》获奖项准大奖   。2月11日，电影《啄木鸟与雨》上映，星野源第二张单曲《FILM》成为影片主题曲   。12月3日，OVA动画《圣哥传》发售，星野源首次参与了动画配音工作，在剧中出演佛祖一角。

2013年2月28日，星野源重启演艺活动，出席了J-WAVE举办的”TOKIO HOT 100 CHART OF THE YEAR“颁奖仪式   。4月5日，冠名电台节目《星野源的Radical》在NHK-FM频道开播。5月10日，剧场版动画《圣哥传》在日本上映，星野源参与动画配音。6月28日，冠名电台节目《星野源的Radical》停播   ，原定于7月在日本武道馆举办的演唱会同时宣布延期进行   。同年凭借主演电影《宅男之恋》与参演电影《地狱为何恶劣》获选第68回每日电影奖新人奖、第23回日本电影影评人大奖新人奖、第35回横滨电影节新人奖以及第37回日本电影学院奖新人演员奖。11月，收录于单曲《不知道》中的曲目《季节》成为电影《不求上进的玉子》主题曲   。

2014年2月6日，复出后的首场演唱会”星野源 ワンマンライブ STRANGER IN BUDOKAN“在日本武道馆举行   。3月10日起，相继在日本全国8个城市举办了”星野源の复活アアアアア!“复出演唱会，演唱会共举办9场；4月9日，演唱会最终站在位于东京的NHK音乐厅举行   。

2015年3月25日，所属音乐经纪公司由KAKUBARHYTHM变更为AMUSE。5月，发售单曲《SUN》，单曲发售首周销量超过5万张，入选日本公信榜单曲周榜第2位（2015年6月8日付   ）；单曲同时成为富士电视台电视剧《心碎四角关系》主题曲。6月2日，在高中时期组建的乐队“SAKEROCK”正式解散，同日在东京两国国技馆举行了解散演唱会   。10月，参演电视剧《产科医鸿鸟》播出，在剧中饰演产科医生四宫春树。12月31日，首次参演红白歌合战，演唱单曲《SUN》   。

2016年，专辑《YELLOW DANCER》获第8回CD店大奖大奖   、第58回日本唱片大奖优秀专辑奖   、第6回日本唱片封面奖大奖   ，并入选日本公信榜周榜第一名。1月10日，参演大河剧《真田丸》播出，在剧中饰演家康三子，江户幕府二代将军——德川秀忠   。3月，冠名电台节目《星野源的 ALL NIGHT 日本》开播，这是星野源在2013年《星野源的Radical》停播后出演的首个冠名电台节目   。10月，与新垣结衣主演的电视剧《逃避虽可耻但有用》播出，在剧中饰演男主人公津崎平匡；同月，电视剧主题曲《恋》发售，单曲发售首周销量达10万张，累计销售量超过30.5万张，入选日本公信榜单曲周榜第2位（2016年10月17日付   ），并在Recochoku配信、iTunes配信周榜连续14周登顶（2017年1月18日付   ），该曲还获得2017东京国际电视节最佳主题曲奖   。12月31日，登上第67回NHK红白歌合战的舞台   。

2017年，凭借《产科医鸿鸟》《真田丸》《逃避虽可耻但有用》三戏的综合表现，获得日本电影电视制作人协会颁发的第41届黄金飞跃奖新人赏   。5月，其主演NHK的节目《和源太太一起》开播，他男扮女装扮演主人公源太太   。6月，参演电视剧《产科医鸿鸟2》   。8月16日，个人第10张单曲、电视剧《温室里的加穗子》主题曲《Family Song》发行，单曲发行后首周销量达19.2万张，刷新了星野源个人单曲周销量记录，并在日本公信榜单曲周榜中首度登顶（2017年8月28日付   ）。12月31日，第三次参演红白歌合战，演唱歌曲《Family Song》。

2018年2月28日，发行第11张单曲《哆啦A梦》，单曲A面曲同时作为同名动漫剧场版《哆啦A梦：大雄的宝岛》主题曲使用   。8月20日，个人首张网络配信单曲《アイデア》首发，单曲作为NHK晨间小说连续剧《一半，蓝色》主题曲使用   。12月19日，发行个人第五张音乐专辑《POP VIRUS》   。12月31日，连续第四年登上红白歌合战的舞台，演唱歌曲《アイデア》   。

2019年2-3月，展开五大巨蛋巡回演唱会，成为继桑田佳祐、小田和正、福山雅治、ATSUSHI之后，史上第五位站上日本五大巨蛋的个人男歌手   。主演8月30日上映的电影《搬家的大名》   。

2020年，与小栗旬联袂主演电影《罪之声》   。与绫野刚共同主演电视剧《MIU404》   ；12月31日，以白组歌手身份参加第71回NHK红白歌合战   。

2021年1月2日，其出演的《逃避虽可耻但有用特别篇》播出   。

个人生活

2012年12月16日，星野源在单曲录制过程中因脑部剧烈疼痛被送往医院就诊并在当日进行了第一场手术。12月22日，星野源发表声明宣布其被确诊患有蛛网膜下腔出血，同时暂停所有个人演艺活动   。2013年6月24日，星野源再度宣布因个人身体状况不适暂停演艺活动   。9月26日，星野源在接受第二次手术成功后正式宣布复出   。