2002年、ホリプロタレントスカウトキャラバン「ピュアガール2002」で優勝し芸能界デビューを果たし、2003年に”わたしのグランパ”で菅原文太と共演して主演をつとめる。
この映画での演技が評価されて、映画部門で7冠受賞。
さらに、2003年のNHK朝の連続テレビ小説「てるてる家族」で、主人公・岩田冬子役で主演し、おおらかで清純な笑顔であらゆる年代層に慕われる女優として世間に認知されるようになり、
その後は多くのドラマに出演して、2006年にフジテレビのNs'あおい（ナースあおい、ns'あおい）では民放初主演。 現在石原さとみはホリプロで、綾瀬はるかと並んで期待される若手女優の一人。
今後の活躍が益々期待されるところです。 石原さとみはドラマで気が強い役が多いが、実際は明るい性格で照れ屋。月光音楽団に出演した時にも、今までの石原さとみのイメージが違うとベッキーに言われた。