福岡県
久留米市
出身。久留米市立南小学校、久留米市立牟田山中学校(2年まで)、久留米市立青陵中学校(3年から卒業まで)、西日本短期大学付属高等学校
卒業。5歳の時から既に女優を志し、小学校6年生の時から実際にオーディションを受け始める。そして、中学2年生の時に、父親の紹介で福岡のモデル事務所「レイ・ワールド」に所属。数々の九州ローカルCMに出演を果たす。上京願望が非常に強く、中学卒業と同時にすぐにでも上京したかったが、「高校を卒業するまでは家を出てはいけない」と親に強く反対された。 高校に入ってから東京での仕事が急激に増えたが、親との約束を守り、高校卒業直後の1999年
（平成11年）3月に上京した。それまでは毎週、東京と久留米を往復しながら芸能活動をしていた。
1998年 （平成10年）に放送されたサントリー のジュース・なっちゃん のCM の初代キャラクターで人気を集めた（2001年 （平成13年）までこのCMシリーズが放送された。その後は同社のビール類のCMに出演していたが、2005年 （平成17年）3月 放送のCMで4年ぶりに復帰した）。1999年 （平成11年）末には荒井注 を含むザ・ドリフターズ の面々が揃った写ルンです の2000年 （平成12年）正月用七福神 のCMで共演。なお荒井が2000年 （平成12年）2月に逝去したためドリフターズ新旧面々の揃った映像はこれが最後となり、いかりや長介 の著書『だめだこりゃ』にも紹介されている写真の中に田中も写っている。人気が出てからも、テレビドラマへの出演やバラエティ番組の参加は、ほんの数本しかなかったが、2006年 （平成18年）あたりから映画の番宣のフィルム出演としては、バラエティ番組の顔見せも目立ってきている。しかし主としては、引き続き映画 （フジテレビ が制作に携わっている作品が多い）かCMでの活動が中心だった。
2006年 （平成18年）、主演映画『暗いところで待ち合わせ 』で孤独な盲目女性役として、実力派女優ならではの迫真の演技を披露した。この映画で共演したチェン・ボーリンとは同年『幻遊伝』でも再度共演した。さらに同年広島 原爆 をテーマとするこうの史代 作の漫画 『夕凪の街 桜の国 』に惚れ込み同作の映画化に出演を熱望。今までで最も社会性の強い作品のヒロインを演じる。また、同年11月8日 発売の、melody. が歌うシングル『Lovin' U』のカップリング曲 「Our Journey」を、melody.との共同で制作した。
2007年 （平成19年）には、『ゲゲゲの鬼太郎 』初の実写映画で妖怪（正確には半妖怪）の猫娘 を好演し、改めて女優として色々な役に積極的に挑戦する姿勢を見せた。ここ近年海外への進出にも力を入れている。
2008年 （平成20年）は「犬と私の10の約束」「山桜」「築地魚河岸三代目」といった映画に主演、特に「山桜」では時代劇初挑戦ながら美しい女性を好演。『ゲゲゲの鬼太郎・千年呪い歌』で引き続き猫娘を演じて更に高い評価を得た。田中自身この猫娘を、実写版「鬼太郎」シリーズの持ち役として、今後も演じ続けてゆきたい旨のコメントをしている。この年は長年の映画女優というイメージを破り、新たな活動を模索し始めた年でもあった。4月からは主要キャストとしては連続ドラマ初登場となる『猟奇的な彼女 』に出演して話題となった。ただし、コアなファンからは変わらず大絶賛され、ファン以外の評価も演技面では悪くなかったものの、番組自体が視聴率的には苦戦した。10月、向田邦子 の小説を原作に劇団ONEOR8 がプロデュース公演を行う『思い出トランプ 』で舞台に初挑戦し、好演。
2009年 （平成21年）にはNHK ドラマ初挑戦となる金曜ドラマ『派遣のオスカル～ 『少女漫画』に愛をこめて 』の主演に抜擢され、映画の他に舞台やテレビドラマでの活躍も増している。