Miyazaki ha iniziato a lavorare nel mondo dello spettacolo all'età di quattro anni, apparendo in spot, pubblicità di riviste, e come comparsa nel film per la televisione, debuttando definitivamente nel mondo cinematografico in Ano Natsu no Hi di Nobuhiko Obayashi, all'età di quattordici anni.

Miyazaki ha cominciato ad attirare l'attenzione internazionale per il suo ruolo come superstite di un dirottamento in Eureka di Shinji Aoyama. Il film ha vinto il Premio FIPRESCI al Festival di Cannes del 2000, e la sua prestazione le è valsa il premio come Miglior Attrice ai Japanese Professional Movie Awards Più tardi, tra i suoi risultati, Miyazaki ha vinto il premio come miglior attrice al Festival Internazionale del Cinema di Cinemanila per la sua performance in Harmful Insect, di Akihiko Shiota. Nel 2005 ha collaborato di nuovo con Aoyama in Eri Eri rema sabakutani, posto nella selezione di film della sezione Un Certain Regard a Cannes 2005. Nello stesso anno ha interpretato il ruolo di co-protagonista con Mika Nakashima (forse quello che le ha restituito più notorietà) nel mainstream di successo Nana (Kentarô Ôtani).
Nel 2008, ha vinto il Galaxy Individual Award per la sua performance nel dramma Tv Atsuhime (Motohiko Sano), una delle tante apparizioni nel piccolo schermo, iniziate nel 2000 con Hatachi no kekkon. Oltre alle partecipazioni a puntate di serie Tv riesce ad apparire nel grande schermo con una media di 2-3 film all'anno, un ritmo messo a rodaggio dal 2002.
L'avventura cinematografica continua a coinvolgerla spesso, e tra le altre partecipazioni possiamo ricordare quella del 2010 in Solanin, una travagliata storia divisa tra sentimento e ambizione, per la regia di Takahiro Miki. Nel 2011 prenderà parte al cast del toccante Chronicle of My Mother di Masato Harada, che gli vale una nomination agli Award of the Japanese Academy come Best Supporting Acrtess, nello stesso anno vincerà il Nikkan Sports Film Award come miglior attrice, con il film My SO has got depression, di Kiyoshi Sasabe.
Nel 2012, oltre a prestare la voce ad un cartone animato, questa volta per Hosoda (Wolf Children), sarà coinvolta nel misterioso film di Junji Sakamoto: A Chorus of Angels, film che riscuoterà 3 premi agli Awards of the Japanese Academy e 9 nominations.
Nel 2013, tra le altre partecipazioni, sarà coinvolta nel cast di The Great Passage, di Yûya Ishii, film di discreto e riconisciuto successo non solo il Giappone, ma in tutta l'area asiatica; e regista col quale girerà un altro film nell'anno successivo, The Vancouver Asahi, una storia di integrazione e di vita. Nel 2015 prestrà di nuovo la voce per un cartone animato di Mamoru Hosoda: The Boy and the Beast, dal 2016 nelle sale italiane.

Un'attrice umana
Nel 2005, ha viaggiato con il fratello maggiore Masaru Miyazaki in India volendo sperimentare in prima persona la povertà, e insieme hanno evidenziato i problemi poi si trovano in loro 2006 album fotografico Tarinai Pace. Nel 2006, si sono recati in Danimarca e Finlandia per studiare il riscaldamento globale. Le loro esperienze sono state poi pubblicati nei loro album del 2007 Love, Peace, e Green Tarinai, Peace2. Nell'aprile 2008, Miyazaki ha partecipato alla manifestazione Gold Ribbon Walking a Roppongi, Tokyo per aumentare la consapevolezza sul cancro infantile e raccogliere fondi per la buona causa.
Il suo film del 2008 Children of the Dark (Yami no kodomo-tachi, di Junji Sakamoto) affronta anche questioni di sfruttamento dei minori.