18歳のときにファッション誌「CanCam
」にスカウトされ、芸能界入り。
1997年 （平成 9年）、ベイキャニオンズ のメンバーとしてavex よりCDデビューし、翌年にはTBS系『ワンダフル 』にレギュラー出演した。同番組では、「ワンギャル 」（1期生）のひとりであったが、そのなかでも注目される存在であった。
2000年 （平成12年）、ドラマ 『ナースのお仕事3 』に、主演・観月ありさ の同僚役で、2クール レギュラー出演。劇中ではメガネを着用。なお国分自身はその後『ナースのお仕事ザ・ムービー』にも出演し、映画への出演も本格的に始動。
2004年 （平成16年）11月 から2005年 （平成17年）1月 にかけてのTBS系昼ドラマ 『メモリー・オブ・ラブ』でテレビドラマ初主演。 2006年 （平成18年）5月 『ハルちゃん』（シアターVアカサカ）で初舞台（常田真理役）。2007年 （平成19年）2月 『見よ、飛行機の高く飛べるを』（俳優座）で舞台初主演（光島延ぶ役）。