2004年8月，福田沙紀從10萬1192人中脫穎而出，在第10屆全日本國民美少女大賽中獲得演技部門獎 ，並由此進入藝能界；隨後接拍校園劇《3年B組金八先生第7季》作為演員出道，在劇中飾演女學生麻田玲子。
2005年5月18日，發行單曲《Attack NO.1》作為歌手出道，該曲還成為了日劇《排球女將》的主題曲 ；11月，參演相武紗季主演的溫情日劇《Don'tMind》，扮演因事故而失去壹條腿的少女佐竹百合；12月14日，發行個人的第三張單曲《幸せのテレパシー》，該曲作為福田沙紀配音的電影《甲蟲王者ムシキング グレイテストチャンピオンへの道》的主題曲 ；12月30日，《3年B組金八先生第7季》的SP在TBS電視臺播出。
2006年7月，福田沙紀在與米倉涼子、石田純壹、松下由樹聯袂出演情感倫理劇《不忠實的時刻》中飾演夢想成為歌手的個性少女伊藤真弓；11月23日，與丸山隆平、安田章大、涉谷飛鳥合作出演的SP特別劇《自行車少年記》在日本播出。
2007年1月，參演二宮和也主演的溫情治愈日劇《敬啟，父親大人》，飾演性格自由奔放的女高中生阪下繪理；6月，在與北乃紀伊、細田義彥、關惠美聯袂出演的漫改校園劇《人生》中扮演了霸道、以欺淩女主角椎葉步為樂的女學生安西愛海 ，憑借在該劇裏的表現獲得第54屆日劇學院賞最佳女配角 。
2008年1月，出演了香裏奈主演的溫情日劇《我最喜歡妳!!》；2月，與長谷川純、內博貴、谷村美月聯合出演了青春校園劇《化作壹瞬的風》；11月8日，首次擔任主演的漫改電影《櫻之園》在日本首映，在片中飾演自幼學習小提琴的少女結城桃，並憑借該片獲得了第32屆日本電影學院賞新人演員獎 ，該片還作為了第21屆東京電影節特別招待片 。
2009年2月17日福田沙紀從堀越高等學校畢業 ；3月7日，與櫻井翔、深田恭子聯合出演的科幻動作片《小雙俠》在日本上映 ；4月，主演的玄幻日劇《幽靈朋友》在NHK電視臺首播，在片中飾演能和幽靈交流的女高中生神谷明日香；6月，擔任改編自早見裕司所著同名小說改編劇的喜劇《女仆刑警》的主演，扮演海堂家的優秀女仆若槻葵 ；8月12日，在東京都文京區的花園舞臺，為自己主演的日劇《女仆刑警》演唱的插曲《明日之光》舉行了發售紀念活動 ；9月12日，參演的時代電影《火天之城》在日本首映 。
2010年1月24日，參與了電臺節目《福田沙紀和柳田理科雄的廣播空想科學研究所》的公開錄音活動 ；3月3日，發行了個人的第二張專輯《VOICE》 ；6月28日，出席了舞臺劇《椿 跳躍時空》在東京日本橋濱町的明治座內舉行的制作發布會 ；7月，搭檔小泉孝太郎聯袂主演愛情網絡劇《秘密關系~老師是同居人~》，二人在劇中上演了壹段禁忌師生戀 ；10月，在戶田惠梨香主演的懸疑日劇《SPEC》中飾演擁有心靈占蔔術的超能力持有者誌村美鈴；12月8日，發售新單曲《Snow Rain》，此曲並作為她本人出演的夏普手機“docomo smartphone LUNX3D SH-03C”廣告歌曲，這同時也是她自己的歌曲首次被當做出演廣告曲播出 。
2011年1月，搭檔歌手松下優也接拍TBS電視臺深夜劇《四重奏》，飾演壹個全身紋身的遺孤三代 ；1月28日，與AKB48成員大島優子壹起獲得第五屆“婚禮珠寶公主”大獎 ；4月2日，主演的根據作家森澤明夫的同名小說改編的溫情電影《津輕百年食堂》在日本首映 ；4月7日，與城田優、古田新太聯合出演了深夜劇《失戀保險》在日本電視臺播出 ；7月，搭檔剛力彩芽聯袂主演漫改日劇《IS~性別不明》 ，在劇中扮演性分化疾病患者星野春；10月，在市原隼人主演的犯罪推理日劇《Runaway～為了心愛的妳》中飾演男主角葛城充的戀人佐佐岡由紀 。
2012年2月11日，參演的劇情片《TSY超越時空的不良少年》在日本上映；4月，與武井咲、剛力彩芽、桐谷健太聯合出演由推理作家夏樹靜子同名代表作改編的懸疑日劇《W的悲劇》，飾演立花綺羅羅壹角；同年還參演了松山健壹主演的大河劇《平清盛》，在劇中飾演八重姬。
2013年1月26日，與長冢京三、須賀健太、能年玲奈合作出演的溫情電影《燃燒的向日葵》日本上映；9月，主演富士臺白天時段播出的午間劇《潔子爛漫》，該劇講述被殘酷的命運折磨的原士族的女主角九堂潔子（福田飾）的純愛物語 ；10月23日，出演的懸疑日劇SP《SPEC：零》在TBS電視臺播出；11月，電影《SPEC~結~前篇》與《SPEC：結後篇》接連在日本上映 。
2014年7月1日，與千葉真壹、小泉孝太郎、片瀨那奈合作出演的社會劇《過氣TV》在NHK電視臺播出；10月，出演東山紀之主演的時代劇《大岡越前2》的第5集。
2015年5月，參演高橋克典主演的刑事劇《京都人情搜查檔案》；接著，與上野樹裏、崔勝賢、賀來賢人***同出演了日韓合拍網絡愛情劇《Secret Message》 ；10月14日，與仲間由紀惠、若村麻由美、窪冢洋介合作了舞臺劇《放浪記》，在劇中扮演女主角芙美子的妹妹悠起 。