早年经历
学习成绩很好，初中时担任学生会书记，高中时一直保持全班第一，年级前五的成绩。从小的愿望就是当女演员，初中时加入学校的戏剧部，戏剧部全是女生，因为身高原因，就常常扮演男性角色。
初中时的班主任中村老师是宝冢饭，建议天海去考宝冢音乐学校，为了备考宝冢音乐学校，从高一起开始在大滝爱子老师的芭蕾舞教室学习了两年的芭蕾。放学后，先回家一趟，再返回芭蕾教室，从晚上六点开始练习。不停地跳两、三个小时后，再回到家已经是十点了。两年间从未中断过一天的练习。
在菊华高等学校（现更名：杉并学院高等学校）学习了两年后，1985以第一名的成绩考入宝冢音乐学校，面试的时候，面试官植田绅尔老师（宝冢歌剧团剧作家、演出家，于1996-2004年担任剧团理事长，现任剧团特别顾问）对她母亲惊叹“你竟然生出了这么棒的女儿”。
1987年从宝冢音乐学校毕业后，加入宝冢歌剧团。以初舞台生的身份参加雪组的新人公演，是不可多见的现象。之后，分配至月组，年末以研一生的身份成为新人公演主役，创造了剧团的新记录。
1993年8月1日，离26岁生日还差7天的天海成为了最年轻的月组主演男役，打破了大地真央创造的记录。继天海之后接任的三任月组主演男役（久世星佳、真琴つばさ、紫吹淳）都是她的上级生。
1995年12月26日，28岁的天海与拍档麻乃佳世以《Me And My Girl》一剧退团。
退团时，受到多家事务所的邀请，选择了亲友所在的flyingbox事务所，主要在电影和舞台剧方面发展，2002年参加NHK大河剧《利家与松》的拍摄，接受共演者唐泽寿明邀请，2003年1月1日加入研音事务所。2004年以后单独主演电视剧较多。
演艺经历
2001年10月10日，与本木雅弘、原田泰造和石田光共同主演的电视剧《水曜日的情事》播出 ；12月15日，与吉永小百合和高岛礼子共同主演的电影《千年之恋•源氏物语》在日本上映 。
2004年4月15日，主演电视剧《离婚女律师》在日本首播；5月8日，参与拍摄的电影《在世界的中心呼唤爱》在日本上映；7月7日，主演的电视剧《最后的礼物》在日本首播。
2005年3月19日，主演的电影《狗狗心事》在日本上映；4月19日，主演的电视剧《离婚女律师2》在日本首播；7月2日，主演的电视剧《女王的教室》在日本首播 ；10月17日，参与拍摄的电视剧《危险老姐》在日本首播；11月24日，主演的电视剧《女之一代记》在日本首播。
2006年4月17日，与矢田亚希子、玉木宏、谷原章介主演的电视剧《顶级播音员》在日本首播。
2007年1月13日，主演的电视剧《演歌女王》在日本首播，饰演大河内向日葵；3月31日，主演的电影《棒球伙伴》在日本上映；10月6日，主演的电影《南方大作战》在日本上映。
2008年4月11日，与藤木直人、大冢宁宁、筒井道隆主演的电影《Around40~要求过多的女人们~》在日本首播，饰演绪方聪子；6月7日，参与拍摄的电影《魔幻时刻》在日本上映，饰演丧服女；7月19日，参与配音的动画《悬崖上的金鱼姬》上映。
2009年2月7日，参与拍摄的电影《旭山动物园物语》在日本上映；3月7日，主演的电影《胶片之恋》在日本上映；4月16日，与竹野内丰、户田惠梨香、沟端淳平主演的电视剧《BOSS》在日本首播；7月18日，与织田裕二、户田惠梨香和佐藤浩市主演的电影《阿马尔菲：女神的报酬》在日本上映，饰演纱江子；10月10日，主演的电影《赌博默示录》在日本上映 ；10月15日，参与拍摄的电视剧《不毛之地》在日本首播。
2010年，参与拍摄电视剧《我家的历史》；7月8日，与长泽雅美、反町隆史和寺岛进主演的电视剧《Gold》播出。
2011年4月14日，与竹野内丰、户田惠梨香和玉山铁二主演的电视剧《BOSS2》在日本首播；6月5日，古田新太与主演的电影《蔷薇与武士》在日本上映。
2012年4月12日主演的日剧《青蛙公主》播出，在剧中再一次展现了她优秀的唱功 。
2013年4月5日主演富士电视台制作的SP《女信长》播出；11月9日，参与拍摄的电影《清须会议》在日本上映，饰演枝毛。
2014年1月9日主演的电视剧《紧急取调室》在日本朝日电视台播出；5月9日与小栗旬、相武纱季、泉品子共同主演电视剧《铃木商店的当家娘》在日本读卖电视台播出。
2015年10月2日主演的富士电视台特别SP《以我为名的变奏》播出，在剧中她首次挑战出演恶女模特 [21] ；10月7日，天海祐希再次搭档编剧游川和彦，出演秋季NTV水十档期剧集《伪装夫妇》，她在剧中饰演外表是开朗美女，实际上却很讨厌与人交往的“冰女王”；9月27日，主演的电视剧《紧急取调室特别篇》播出。
2016年4月16日参与配音的第20部柯南剧场版《纯黑的噩梦》上映；10月13日主演的富士台木十档期新剧《Chef~三星级营养午餐~》播出，在剧中天海祐希首次挑战出演主厨；12月30日，与安住绅一郎共同担任“第58届日本唱片大奖”主持人，这也是天海祐希首次担任唱片大奖主持人，与主播安住绅一郎则是时隔8年再度合作。
2017年1月13日，客串出演电视剧《byplayers～如果这6位名配角共同生活的话～》播出，这也是天海祐希首次出演东京电视台剧集，在剧中饰演掌握故事关键的重要人物；1月28日，与阿部宽共同主演的电影《恋妻家宫本》在日本上映；出演由广濑铃主演的电影《Cheer☆Dance 女高中生用啦啦队舞蹈征服全美的真实故事》于2017年3月11日在日本上映。4月20日，主演的电视剧《紧急审讯室2》在日本朝日电视台播出。7月8日，配音的长篇动画电影《玛丽与魔女之花》上映。9月16日，参演的喜剧电影《想成为奥田民生的男孩与让认识男性陷入疯狂的女孩》上映。12月30日，天海祐希再次与安住绅一郎共同担任“第59届日本唱片大奖”主持人。
2018年2月23日，与佐佐木藏之介共同主演的电视剧《培养天才的妻子~世界公认数学家与妻子的爱~》播出，剧中饰演不喜欢“普通”事物的奇怪女生美知 。3月24日，主演由朝日电视台制作SP，改编自英国作家阿加莎·克里斯蒂的作品《命案目睹记：卧铺特急杀人事件》播出，剧中饰演身为前刑警，现为危机管理专家的天乃瞳子（小说人物原型：简·马普尔）。