女優への登竜門と言われるミスマガジン2008グランプリを受賞。『天国のバス』('08/郡司掛雅之監督)で映画デビューを果たす。新人ながら『同級生』、『体育館ベイビー』(深川栄洋監督)、『赤い糸』(村上正典監督)などに立て続けに出演。2009年にはNHKドラマ「ふたつのスピカ」主演、ヒット映画『サマーウォーズ』で初の声優にチャレンジし、12月公開の話題作『最後の忠臣蔵』のヒロインにも抜擢され、注目を集めている桜庭ななみ。実話を基に映画化された『書道ガールズ!! −わたしたちの甲子園−』では成海璃子、山下リオ、高畑充希、小島藤子という同世代の若手女優たちと、同世代である高校生たちを演じている。
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