学习成绩很好，初中时担任学生会书记，高中时一直保持全班第一，年级前五的成绩。从小的愿望就是当女演员，初中时加入学校的戏剧部，戏剧部全是女生，因为身高原因，就常常扮演男性角色。
初中时的班主任中村老师是宝冢饭，建议天海去考宝冢音乐学校，为了备考宝冢音乐学校，从高一起开始在大滝爱子老师的芭蕾舞教室学习了两年的芭蕾。放学后，先回家一趟，再返回芭蕾教室，从晚上六点开始练习。不停地跳两、三个小时后，再回到家已经是十点了。两年间从未中断过一天的练习。
在菊华高等学校学习了两年后，1985年以第一名的成绩考入宝冢音乐学校，面试的时候，面试官植田绅尔老师对她母亲惊叹“你竟然生出了这么棒的女儿”。
1987年从宝冢音乐学校毕业后，加入宝冢歌剧团。以初舞台生的身份参加雪组的新人公演，是不可多见的现象。之后，分配至月组，年末以研一生的身份成为新人公演主役，创造了剧团的新记录。
1993年8月1日，离26岁生日还差7天的天海成为了最年轻的月组主演男役，打破了大地真央创造的记录。继天海之后接任的三任月组主演男役都是她的上级生。
1995年12月26日，28岁的天海与拍档麻乃佳世以《MeAndMyGirl》一剧退团。
退团时，受到多家事务所的邀请，选择了亲友所在的flyingbox事务所，主要在电影和舞台剧方面发展，2002年参加NHK大河剧《利家与松》的拍摄，接受共演者唐泽寿明邀请，2003年1月1日加入研音事务所。2004年以后单独主演电视剧较多。
2001年10月10日，与本木雅弘、原田泰造和石田光共同主演的电视剧《水曜日的情事》播出；12月15日，与吉永小百合和高岛礼子共同主演的电影《千年之恋·源氏物语》在日本上映。
2004年4月15日，主演电视剧《离婚女律师》在日本首播；5月8日，参与拍摄的电影《在世界的中心呼唤爱》在日本上映；7月7日，主演的电视剧《最后的礼物》在日本首播。
2005年3月19日，主演的电影《狗狗心事》在日本上映；4月19日，主演的电视剧《离婚女律师2》在日本首播；7月2日，主演的电视剧《女王的教室》在日本首播；10月17日，参与拍摄的电视剧《危险老姐》在日本首播；11月24日，主演的电视剧《女之一代记》在日本首播。
2006年4月17日，与矢田亚希子、玉木宏、谷原章介主演的电视剧《顶级播音员》在日本首播。
2007年1月13日，主演的电视剧《演歌女王》在日本首播，饰演大河内向日葵；3月31日，主演的电影《棒球伙伴》在日本上映；10月6日，主演的电影《南方大作战》在日本上映。
2008年4月11日，与藤木直人、大冢宁宁、筒井道隆主演的电影《Around40~要求过多的女人们~》在日本首播，饰演绪方聪子；6月7日，参与拍摄的电影《魔幻时刻》在日本上映，饰演丧服女；7月19日，参与配音的动画《悬崖上的金鱼姬》上映。
2009年2月7日，参与拍摄的电影《旭山动物园物语》在日本上映；3月7日，主演的电影《胶片之恋》在日本上映；4月16日，与竹野内丰、户田惠梨香、沟端淳平主演的电视剧《BOSS》在日本首播；7月18日，与织田裕二、户田惠梨香和佐藤浩市主演的电影《阿马尔菲：女神的报酬》在日本上映，饰演纱江子；10月10日，主演的电影《赌博默示录》在日本上映；10月15日，参与拍摄的电视剧《不毛之地》在日本首播。
2010年，参与拍摄电视剧《我家的历史》；7月8日，与长泽雅美、反町隆史和寺岛进主演的电视剧《Gold》播出。
2011年4月14日，与竹野内丰、户田惠梨香和玉山铁二主演的电视剧《BOSS2》在日本首播；6月5日，古田新太与主演的电影《蔷薇与武士》在日本上映。
2012年4月12日主演的日剧《青蛙公主》播出，在剧中再一次展现了她优秀的唱功。
2013年4月5日主演富士电视台制作的SP《女信长》播出；11月9日，参与拍摄的电影《清须会议》在日本上映，饰演枝毛。
2014年1月9日主演的电视剧《紧急取调室》在日本朝日电视台播出；5月9日与小栗旬、相武纱季、泉品子共同主演电视剧《铃木商店的当家娘》在日本读卖电视台播出。
2015年10月2日主演的富士电视台特别SP《以我为名的变奏》播出，在剧中她首次挑战出演恶女模特；10月7日，天海祐希再次搭档编剧游川和彦，出演秋季NTV水十档期剧集《伪装夫妇》，她在剧中饰演外表是开朗美女，实际上却很讨厌与人交往的“冰女王”；9月27日，主演的电视剧《紧急取调室特别篇》播出。
2016年4月16日参与配音的第20部柯南剧场版《纯黑的噩梦》上映；10月13日主演的富士台木十档期新剧《Chef~三星级营养午餐~》播出，在剧中天海祐希首次挑战出演主厨；12月30日，与安住绅一郎共同担任“第58届日本唱片大奖”主持人，这也是天海祐希首次担任唱片大奖主持人，与主播安住绅一郎则是时隔8年再度合作。
2017年1月13日，客串出演电视剧《byplayers～如果这6位名配角共同生活的话～》播出，这也是天海祐希首次出演东京电视台剧集，在剧中饰演掌握故事关键的重要人物；1月28日，与阿部宽共同主演的电影《恋妻家宫本》在日本上映；出演由广濑铃主演的电影《啦啦队之舞：女高中生用啦啦队舞蹈征服全美的真实故事》于2017年3月11日在日本上映。4月20日，主演的电视剧《紧急审讯室2》在日本朝日电视台播出。7月8日，配音的长篇动画电影《玛丽与魔女之花》上映。9月16日，参演的喜剧电影《想成为奥田民生的男孩与让认识男性陷入疯狂的女孩》上映。12月30日，天海祐希再次与安住绅一郎共同担任“第59届日本唱片大奖”主持人。
2018年2月23日，与佐佐木藏之介共同主演的电视剧《培养天才的妻子~世界公认数学家与妻子的爱~》播出，剧中饰演不喜欢“普通”事物的奇怪女生美知。3月24日，主演由朝日电视台制作SP，改编自英国作家阿加莎·克里斯蒂的作品《命案目睹记：卧铺特急杀人事件》播出，剧中饰演身为前刑警，现为危机管理专家的天乃瞳子（小说人物原型：简·马普尔）。出演东京台特别剧《如果你不是A》，剧中饰演负责案件辩护的律师神崎京子。
2019年，与吉永小百合共同主演好莱坞经典电影日本翻拍版《遗愿清单》。4月，主演朝日电视台电视剧《紧急审讯室3》。11月24日主演由富士电视台制作SP《矶野家的人们~20年后的海螺小姐~》播出。11月27日，天海祐希将出演于2020年9月18日上映的电影《老后没有资金》，在剧中饰演以节约为宗旨的主妇后藤笃子。
2020年1月11日，其主演的日本电视台医疗剧《顶级手术刀-天才脑外科医生的条件-》播出，在剧中饰演天才脑外科医生深山瑶子。
个人奖项
日本电影学院奖
宝冢歌舞团出身，身材颀长、英姿飒爽，在舞台上总是反串男角。在日剧中，属于大器晚成型的气质女明星，可幸的是，岁月不曾在她的脸上留下什么痕迹，年纪越大越美丽，容长的脸颊越发柔和靓丽，很美型。03年10月在《流转的王妃-最后的皇弟》中出演一代歌女李香兰，戏份不多、表现也并不十分突出。
后来在《最后的礼物》和《离婚女律师》系列中奠定了自己的地位，而真正让她再度辉煌的当属05年7月期的《女王的教室》了，她在剧中饰演一名外表冷酷、不近情理的小学老师阿久津真矢，脸庞素白、眼神凌厉，早早就教导小学生现实的世界到底是个什么样，这部剧在备受争议的同时也换来拥趸无数，可以说再次颠覆了老师的传统定义，在日剧中又增添了一个经典老师形象。后来的她开始诠释都市单身女性的情感生活，演主播、演歌手、演医生，依然美貌十足、喜感十足，颇具“大姐大”风范。尤其《顶级播音员》中她有趣、诙谐的表演。
从《离婚女律师》的间宫贵子律师开始，经由《女王的教室》里残酷的魔鬼教师，再到最新春季日剧档《Around40》里39岁的精英医师，比起其他戏路较为宽广的同时代女演员来说，天海祐希的表演更偏类型化。类型化并非一个贬义词，她在角色深度的挖掘上下了很大的功夫，演活了一系列在职场、感情生活中从未停止奔跑的女性们，在刚强、自信、坚定的女性形象背后，我们又能再一次看到天海祐希本身的魅力。
再没有谁比天海祐希更“女王”了，御姐修炼成她那样实属不易，尽管是四十多岁的“高龄”，却想卖萌就卖萌，想耍宝就耍宝，想严肃就严肃，想强悍就强悍，想毒舌……当然也没有人敢还嘴。人高马大的天海祐希就是有这个本事，在每部剧里都气场强大如冲击波，以一副“天下无敌”的姿态傲视一众御姐。还记得《女王的教室》里那位从头到尾没有一丝表情的冷面教师么？到该剧结尾才给出一个笑靥，竟也化霜融雪，暖意逼人。