1998年モデルとしてデビュー。ティーン誌を中心に、数々のファッション誌などで圧倒的な存在感を放ち、同世代の女性よりカリスマ的な人気を得る。その後も現在に至るまで広告やファッション・ショーなどでトップモデルとして活躍しつつも、その人気と抜群のタレント性から、様々なTV-CMにも起用され続けている。女優としては、2004年に「下妻物語」、「茶の味」など、映画に出演。「下妻物語」では日本アカデミー賞をはじめとする2004年度の映画各賞を8つ受賞し、映画関係者からもその演技力に対し高い評価を受けた。その後、「嫌われ松子の一生」(2006) や「どろろ」（2007）にも個性的な役どころで出演し、最新主演作品となる「さくらん」（2007）は、同姓の女性に圧倒的な支持を受けて大ヒット。土屋アンナの主演映画は海外での評価も高く、女優としても国際的な活躍が期待されている。
