1993年4月,广末进入高知市立城北中学,并加入了田径部,作为跳高选手在县大赛上获得第二名。
1994年,在某品牌举办的第一届“ぴかぴかフェイス大赛”中获得冠军,并于1995年通过拍摄该品牌洗面奶广告正式出道。1994年出演的手机广告“広末凉子、ポケベルはじめる”使她获得更多关注。1995年,出演了首部电视剧《Heart's》。
1996年4月,她入学于品川女子学院高等部,并且借着升学的机会她离开故乡高知县前往东京发展,住在位于横滨的叔叔阿姨家里。同年,出演电视剧《将太的寿司》并获得第10届日剧学院奖的新人奖。同年9月30日,首次发行写真集,《H》《R》同时发售,截止至2003年6月这套写真集共售出46万8000套。
1997年4月15日,通过制作人竹内まりや发行了首张单曲《MajiでKoiする5秒前/とまどい》并作为歌手出道,销量约为60万张;接着她通过制作人冈本真夜发行了第二张单曲《大スキ!》,并得到了Oricon销量第1名的成绩,广末也凭借该曲于同年底的第48届NHK红白歌会中首次登台演出。女性歌手出道一年就登台红白歌会,这是继1980年松田圣子、岩崎良美以来,时隔已有17年。同年,成立了粉丝俱乐部“RHフレンドル”(2008年12月解散)。同年7月26日,在原将人执导的电影《20世纪的乡愁》中实现了首次主演电影,并凭借该片获得了第21届日本电影学院奖的新人奖。同年7月,还出演了反町隆史和竹野内丰主演的电视剧《海滩男孩》。
1998年10月10日,出演了首部舞台剧《银河的约定》。11月25日,成功考入日本早稻田大学教育学部。
1999年2月6日,在日本武道馆、名古屋彩虹厅、大阪城大厅三处举行了首次演唱会《RHDEBUTTOUR1999》。之后,专注于演艺活动,直到2002年2月27日发行了精选集《広末凉子PerfectCollection》之后,彻底停止了音乐活动。1999年4月,入读早稻田大学教育学部,但是由于只去了3个月的学校而遭到批判。同年,主演电影《秘密》,并在第33届西切斯加泰隆尼亚影展中获得最佳女主角和最佳剧本奖两项大奖。同年,出演电影《铁道员》。
2001年7月,在其主演的富士电视台电视剧《奉子成婚》的拍摄期间,由于经常迟到等原因造成混乱而导致拍摄一度无法进行,该事件被媒体报道。2001年10月,与让·雷诺共同主演电影《绿芥刑警》,并获得第21届日本电影学院奖的新人奖。2003年10月6日,基于专心演艺事业的理由,从早稻田大学退学。
2005年7月,通过出演富士电视台的月九剧《慢波舞》重新复出。2006年11月1日,出席ACCCMフェスティバル颁奖仪式,她所出演的洗发水广告获得演技奖。
2008年9月2日,主演电影《入殓师》,该片获得第32届蒙特利尔国际电影节的冠军,和第81届美国奥斯卡金像奖的最佳外国语片,广末凉子自身也获得了横滨电影节最佳女配角奖。2009年11月,主演悬疑影片《零的焦点》,并凭借该片获得第33届日本电影学院奖的优秀女主角奖。
2011年,与牧濑里惠、户田惠梨香、沟端淳平、刚力彩芽一起入选TheBestofBeauty2011奖。
2012年6月16日,广末凉子在上海大剧院参加第15届上海国际电影节。9月,出演堺雅人与香川照之主演的剧情片《盗钥匙的方法》,并凭借该片获得第36届日本电影学院奖的优秀配角奖、第17届日本网络电影大奖的女配角奖。
2014年,凭借9月出演的剧情片《石榴坡的复仇》及11月出演的剧情片《人生最后那几件事》获得第27届日刊体育电影大奖的女配角奖。
2015年7月17日,宣布第三个孩子(女儿)诞生的消息。并随着第三次怀孕,辞去了本来预定要出演的NHK大河剧《花燃》。2016年,获得第29届日本メガネベストドレッサー奖·艺能界部门(女性)奖。
2017年5月29日,在富士电视台电视剧《贵族侦探》第7集中,实现了时隔10年的再次出演月九剧。
2018年10月,出演相叶雅纪主演的情感电视剧《我与尾巴与神乐坂》,饰演加濑时羽。
2019年10月,主演的悬疑电视剧《NipponNoir─刑警Y的叛乱─》播出。
2020年1月24日,出演由WOWOW电视台制作的电视剧《因某些理由住在火星》播出;5月1日,出演由长泽雅美主演的电影《行骗天下JP:公主篇》在日本上映。