木村出生在英国伦敦。三岁时回到日本，在东京世田谷区成城长大。回国后，由于严重的适应不良症曾患小儿哮喘病，幸得祖母的悉心陪伴与照料，后不药而愈。中学一年级时，由于父亲的工作调动，又随家人搬到美国纽约，在那里度过了初中时代。
　　初到纽约时，木村连ABC都说不好，被父母送到美国偏僻的缅因州参加露营。露营环境非常艰苦，没有淋浴、厕所。与家人也不能经常联络。在这种恶劣的生存环境下每天只能与陌生的异国伙伴用蹩脚的英语交谈。在持续两个月的露营结束后，已能够流利的使用英语与人交流。最初木村对美国人的生活方式也很不习惯，渐渐地她发觉日本人太过拘谨，不敢表达内心的真实感受。受西方文化的熏陶，她越来越勇于表达自己的思想情感。
　　在美国期间，因宝冢迷的祖母推荐应试，有幸参与百老汇的音乐剧演出。这为她后来成为一名女演员奠定了基础。
　　随后，木村回到日本进入高中。通过参加各种招募活动，被选为时尚杂志的平面模特。高二时出演了日本航空公司的广告，这次课余打工的经历或许可以算作木村踏入演艺圈的第一步。大学时，一次偶然的机会经朋友介绍进入了“Top Coat”事务所，本想从事自己一直很感兴趣的幕后配音工作，却被安排演出连续剧。又因本人很讨厌和大家一样穿着古板的职业套装进行工作，遂接受了演员工作，正式向演艺圈方向发展。
　　1996年，木村主演了NHK电视台的连续剧《救命救急医物语》，由此正式出道。接着，便作为演员和歌手活跃于演艺圈中。一年后的1997年，便凭借银幕处女作《失乐园》获得了日本电影学院奖最佳新人奖。第二年，其最亲爱的祖母病逝，使得极重感情的木村曾一度萌生了离开演艺圈的念头。虽已事隔多年，心中的悲伤还是难以拭尽。木村时常回忆与祖母一起生活的美好时光，并想起自己的童年及演艺事业的起步阶段。
　　木村出演过大量的电影和电视剧。其代表作有电影《蝉时雨》、《告白》、《蛇少女》。电视剧《手足情深》、《无瑕的爱》、《夜光的阶梯》、《警视厅继续搜查班》。2007年在世界恐怖电影十三人巨匠创作的“恐怖大师”系列中的第二季第十三集《出航噩梦》中担任女主角，在好莱坞初次亮相。同年有份参演了著名导演费尔南多·梅里尔斯执导的电影《盲流感》，此片还被作为第61届戛纳电影节开幕片。
　　东山纪之和木村佳乃在2008年3月合演舞台剧《霸王别姫》时互生情愫，继而发展为恋人关系。2009年11月28日，恋情被媒体曝光。随后两人通过各自事务所大方承认恋情。2009年12月7日，东山纪之因工作关系自夏威夷返抵日本，在成田机场率先发出结婚宣言。
　　2010年10月23日，两人通过联名信的方式，向媒体公布婚讯。传真中说：‘今天，10月23日，我们向大家报告已经登记结婚的事情”，“从今以后，我们将携手共勉在人生路上一起前进，并承诺“对工作付出更多的努力”。婚后两人的工作都将照常进行。
　　2011年5月4日，木村佳乃被证实已怀孕三个月，预产期在2011年11月份。8月宣传完日剧SP《魔术的耳语》之后便停工待产。
　　2011年11月4日晚10点24分，木村佳乃在东京的医院顺利生下重达2534克的健康女儿，她与丈夫东山纪之以联名信的方式向日本媒体报喜，表示：“女儿让我们听见了生命之歌，她就像希望之光。看到她的出生，内心充满感激。”初为人父的东山纪之，难掩兴奋心情。开心表示，会让女儿在幸福的家庭中成长”。
　　木村在圈内与众多艺人合作过，每回在片场拍片都会以独特的想法，引起合作艺人的敬佩，并时常以憨直个性化解片场紧张气氛。木村在20岁左右时，通常扮演被大家认为有气质的健康女性。在30岁左右的时候，她不断挑战各种各样的角色，例如坏人的角色，身心脆弱的角色等，表演得幅度也在不断的扩大。
　　木村是演艺圈中很有“才艺”和“创意”的气质女星。由于有海外生活的经历，能说一口流利英语，大学攻读的也是英国文学专业，并通过了大学英检准一级的考试。另外，还很擅长马术，高中时加入学校运动部马术部（比赛跑马场马术），三年的校际比赛她都有参加，有着丰富的出场经验。曾在全日本高中生马术比赛中获得过第四名的好成绩。钢琴和长笛也很拿手。
　　2007年在参加综艺节目时，因为画画非常出色，被大家一致评为有独特画儿感觉的创造者，被封为“画伯”。