木村出生在英国伦敦。三岁时回到日本，在东京世田谷区成城长大。回国后，由于严重的适应不良症曾患小儿哮喘病，幸得祖母的悉心陪伴与照料，后不药而愈
1989年，中学一年级时（十三岁），由于父亲的工作调动，又随家人搬到美国纽约，在那里度过了初中时代。初到纽约时，木村连ABC都说不好，被父母送到美国偏僻的缅因州参加露营。露营环境非常艰苦，没有淋浴、厕所，与家人也不能经常联络。在这种恶劣的生存环境下每天只能与陌生的异国伙伴用蹩脚的英语交谈。在持续两个月的露营结束后，已能够流利的使用英语与人交流。最初木村对美国人的生活方式也很不习惯，渐渐地她发觉日本人太过拘谨，不敢表达内心的真实感受。受西方文化的熏陶，她越来越勇于表达自己的思想情感。在美国期间，因宝冢迷的祖母推荐应试，有幸参与百老汇的音乐剧演出。这为她后来成为一名女演员奠定了基础。
随后，木村回到日本进入高中。通过参加各种招募活动，被选为时尚杂志的平面模特。高二时出演了日本航空公司的广告，这次课余打工的经历或许可以算作木村踏入演艺圈的第一步。大学时，一次偶然的机会经朋友介绍进入了“TopCoat”事务所，本想从事自己一直很感兴趣的幕后配音工作，却被安排演出连续剧。又因本人很讨厌和大家一样穿着古板的职业套装进行工作，遂接受了演员工作，正式向演艺圈方向发展。
1996年，木村佳乃主演了NHK电视台的连续剧《元気をあげる～救命救急医物语》，由此正式出道。1月13日，参与拍摄的电视剧《银狼怪奇》在日本首播，饰演镜遥。4月19日，参与拍摄的电视剧《将太的寿司》在日本首播。10月11日，参与拍摄的电视剧《协奏曲》在日本上映，饰演辰巳响子。
1997年5月10日，参与拍摄的电影《失乐园》在日本上映，凭借在剧中的演出获得了日本电影学院奖最佳新人奖。
1998年4月20日，与中居正广、原田芳雄、今井翼主演的电视剧《手足情深》在日本首播，饰演服部奈奈。10月14日，与竹野内丰、山崎努、坂井真纪主演的电视剧《世纪末之诗》在日本首播，饰演羽柴里美。
1999年1月4日，与江角真纪子、反町隆史、加藤晴彦主演的电视剧《三十拉警报》在日本首播。7月5日，与福山雅治、中山裕介、武田铁矢主演的电视剧《无暇的爱》在日本首播，饰演小山田千草。
2000年1月14日，与柏原崇、石田壹成、金子贤主演的电视剧《爱神恶作剧》在日本首播，饰演春野息吹。1月22日，主演的恐怖电影《多重人格少女》在日本上映。10月12日，与唐泽寿明、反町隆史、凉主演的电视剧《恋爱症候群》在日本首播，饰演荒濑シズク。
2001年4月11日，与森田刚、原田龙二、上户彩主演的电视剧《新娘三颗星》在日本首播，饰演新庄美雪。
2002年4月10日，与中山裕介、饭岛直子、妻夫木聪主演的电视剧《婚礼策划者》在日本首播，饰演宇野美咲。6月8日，与中居正广、津田宽治、藤井隆主演的电影《模仿犯》在日本上映。8月13日，参与拍摄的电视剧《怪谈百物语》在日本首播，饰演阿菊-数盘怨女。
2003年2月15日，主演的电影《小岛之恋》在日本上映。11月8日，参与拍摄的电影《宛如阿修罗》在日本上映。11月29日，参与拍摄的电视迷你剧集《流转的王妃最后的皇弟》在日本首播，饰演小岛。
2004年1月17日，与长濑智也、深田恭子、赤坂七恵主演的电视剧《她已不在人间》在日本首播，饰演石井由佳里。
2005年2月19日，主演的电影《莓之破片》在日本上映。4月14日，与草剪刚、堤真一、松下奈绪主演的电视剧《为爱向钱冲》在日本首播，饰演铃木麻理子。9月3日，参与拍摄的电影《自由恋爱》在日本上映。10月1日，与市川染五郎、原田美枝子、今田耕司主演的电影《蝉时雨》在日本上映。
2006年1月15日，与竹野内丰、崔智友、速水重道主演的电视剧《轮舞曲》在日本首播，饰演一之濑明。7月5日，与远藤章造、馆广志、佐野史郎主演的电视剧《PS罗生门》在日本首播，饰演红谷留美。9月9日，参与拍摄的电影《伴舞女郎》在日本上映，饰演美浜礼子。10月5日，主演的纪录片《永远》在荷兰上映。
2007年2月24日，与土屋安娜、安藤政信、椎名桔平主演的电影《花魁》在日本上映，饰演高尾。5月12日，与石桥凌、丹尼尔·吉里斯、蜷川美穗主演的恐怖电影《出航噩梦》在日本上映，饰演齐藤百合。6月1日，参与拍摄的喜剧电影《导演万岁！》在日本上映。8月18日，参与拍摄的恐怖电影《传染歌》在日本上映，饰演兰子。9月15日，参与拍摄的电影《寿喜烧西部片》在日本上映，饰演静。
2008年1月26日，与荒川良良、冈田义德、田中直树主演的电影《完全没问题》在日本上映，饰演木下明。5月1日，参与拍摄的电影《相棒剧场版：绝体绝命42.195km东京大都市马拉松》在日本上映，饰演片山雏子。9月12日，有份参演了著名导演费尔南多·梅里尔斯执导的电影《盲流感》在巴西上映，此片还被作为第61届戛纳电影节开幕片。9月20日，与谷村美月、中越典子、山本太郎主演的电影《蛇少女》在日本上映，门前葵、一草；同日参与拍摄的电影《次郎长三国志》也在日本上映，饰演阿圆。12月13日，参与拍摄的电影《飞向天空，救援之翼》在日本上映，饰演鹰栖美那。
2009年1月4日，参与拍摄的电视剧《天地人》在日本首播，饰演阿凉。1月16日，与大野智、千纱、片濑那奈主演的电视剧《音乐孩子王》在日本首播。1月24日，参与拍摄的电影《无人守护》在日本上映，饰演尾上令子。2月7日，与江口洋介主演的电视迷你剧集《警官之血》在日本首播。4月23日，与藤木直人、夏川结衣、荻野目庆子主演的电视剧《女人阶梯》在日本首播，饰演牧村幸子。9月12日，与上野树里、寺肋康文、田中圭主演的电影《杀手·婚礼之路》在日本上映，饰演小林福子。11月21日，与大桥望美、胜村政信、星野真里主演的电影《生日快乐》在日本上映。
2010年6月5日，参与拍摄的电影《告白》在日本上映，饰演下村优子，凭借该片获得蓝丝带奖最佳女配角奖。7月22日，主演的电视剧《警视厅继续搜查班》在日本首播，在剧中饰演的是一名优秀的女刑警，头脑清晰，沉着冷静。8月28日，参与拍摄的电影《国王的游戏》在日本上映。
2011年1月23日，与荣仓奈奈、藤木直人主演的电视剧《决定不哭的日子》在日本首播，饰演佐野有希子。3月20日，与吉冈秀隆、中山裕介、麻生祐未主演的电视剧《CO移植协调者》在日本首播。4月12日，与杏、尾野真千子、凉主演的电视剧《丧失名字的女神》在日本首播，饰演千金小姐、社长夫人、典型名媛本宫莉娜。
2014年7月7日，参与配音的动画《面包超人：复活吧香蕉岛！》在日本上映，饰演阪娜。8月16日，与能年玲奈主演的电影《热血之路》在日本上映。
2015年3月，参演由水谷丰和成宫宽贵主演的《相棒第十三季》第18集，饰演片山雏子；参演中村伦也主演电影《星之丘Wonderland》。
2016年1月，参演由水谷丰和反町隆史主演的《相棒第14季》第10集，饰演片山雏子；参演根据真实事件改编的读卖电视台SP剧《我的生命》。接拍四月开播的富士台日剧《我的危险妻子》。参演黑木瞳的导演处女作《讨厌的女人》。10月15日，与室井滋共同主演的电视剧《母亲们的愿望》播出。
2017年，出演4月起播出的NHK晨间剧《雏鸟》。8月与棚桥弘至、寺田心出演电影《爸爸是坏人冠军》。
2018年：1月出演日剧《相棒》第300回纪念特别篇，第一次光头上镜扮演尼姑。2月3日，出演由锦户亮主演的电影《羊之木》在日本上映。
2019年，主演1月22日开播的日剧《后妻业》。出演三谷幸喜执导作品《我不记得了！》。
2020年，1月9日，出演富士台日剧《ALIVE癌症专门医生的病例》开播。
家庭
1998年，木村佳乃的祖母病逝，使得极重感情的木村一度萌生了离开演艺圈的念头。
恋爱婚姻
东山纪之和木村佳乃在2008年3月合演舞台剧《さらば、わが爱覇王别姫》时互生情愫，继而发展为恋人关系。2009年11月28日，恋情被媒体曝光。随后两人通过各自事务所大方承认恋情。2009年12月7日，东山纪之因工作关系自夏威夷返抵日本，在成田机场率先发出结婚宣言。
2010年10月23日，两人通过联名信的方式，向媒体公布婚讯。传真中说：“今天，10月23日，我们向大家报告已经登记结婚的事情”，“从今以后，我们将携手共勉在人生路上一起前进，并承诺“对工作付出更多的努力”。婚后两人的工作都将照常进行。
2011年5月4日，木村佳乃被证实已怀孕三个月，预产期在2011年11月份。8月宣传完日剧SP《魔术的耳语》之后便停工待产。
2011年11月4日晚10点24分，木村佳乃在东京的医院顺利生下重达2534克的健康女儿，她与丈夫东山纪之以联名信的方式向日本媒体报喜，表示：“女儿让我们听见了生命之歌，她就像希望之光。看到她的出生，内心充满感激。”初为人父的东山纪之，难掩兴奋心情。开心表示，会让女儿在幸福的家庭中成长”。
影视
个人
木村在圈内与众多艺人合作过，每回在片场拍片都会以独特的想法，引起合作艺人的敬佩，并时常以憨直个性化解片场紧张气氛。木村在20岁左右时，通常扮演被大家认为有气质的健康女性。在30岁左右的时候，她不断挑战各种各样的角色，例如坏人的角色，身心脆弱的角色等，表演得幅度也在不断的扩大。
木村是演艺圈中很有“才艺”和“创意”的气质女星。由于有海外生活的经历，能说一口流利英语，大学攻读的也是英国文学专业，并通过了大学英检准一级的考试。另外，还很擅长马术，高中时加入学校运动部马术部（比赛跑马场马术），三年的校际比赛她都有参加，有着丰富的出场经验。在全日本高中生马术比赛中获得过第四名的好成绩；钢琴和长笛也很拿手。
有些御姐，年轻时靠脸蛋吃饭，熟龄时即刻转型，变得艳丽、气质出众，且略微带一些神经质，仿佛在风中表演走钢丝，又惊险又好看。木村佳乃爱演些容易痴狂，走极端的女性，有赴汤蹈火的倔强与勇气，她的御姐就像阴险的女王在时时与国王的嫔妃争宠，到最后统统落到她手里。
