齐藤由贵出生于神奈川县横滨市，1984年18岁的时候就参加了杂志小姐评选获得冠军名次，同年还参加了东宝灰姑娘选美比赛获得第二名，那一届冠军是有着“昭和最后的绝色美人”之称的泽口靖子。

1985年，齐藤由贵加入东宝事务所后以“清纯玉女”形象正式出道并发行单曲《毕业》，同年出演了热播日剧《太妹刑事》，剧中齐藤由贵穿着水手服，拿着溜溜球战斗的形象成为当时人们心中的经典，溜溜球也在当年成为爆火的玩具。

1986年出演NHK的连续剧《跳驹》，凭借超高的人气，这部剧平均收视高达41.7%，不仅如此，年仅20岁的她登上NHK红白歌会，成为当时最年轻的红组主持人，她不仅主持节目还负责演唱，该届红白歌会被称为是“齐藤由贵的天下”。

1987年凭借电影《雪的断章：情热》获得日本电影学院奖最佳新人奖，1988-1989两年间，凭借《恋爱的姑娘们》《优骏：奥拉希翁》两次提名日本电影学院奖最佳女主角。

2017年出演悬疑电影《第三度嫌疑人》获日本电影蓝丝带奖最佳女配角。就在她事业再攀高峰之际，却爆出不伦恋传闻，日媒刊出齐藤由贵密会已婚医师的照片，绯闻爆出后，她承认并道歉。其实这已经不是她第一次传出不伦恋了，早在1986年，她作为人气新人时就已经在拍摄电视剧与已婚男演员不伦，后来陆续传过多次，直到1994年她结婚后，花边新闻才收敛，这次与医生的不伦恋曝光后，给她带来了事业上的打击，不仅代言产品受到影响，以往建立的玉女人设也尽毁。