県立佐竹高等学校卒業。土浦短期大学(現・つくば国際短期大学)家政科を卒業しており、栄養士の資格を持っている。
1978年生まれ。兄が一人居る。
小・中学生時代の夢は、「『タッチ』の南ちゃんになること」で、毎日柔軟体操をして開脚の練習をし、初恋相手まで「南ちゃん」同様に野球少年だった。高校3年時には軟式テニスのダブルスで茨城県大会で準優勝。一方で同高校時代に虫垂炎を患い入院生活を送っている。この経験によって健康には食と運動が不可欠と気付き、栄養学の道を志しバレーボール・野球観戦に熱中するきっかけになった(2002年TBS公式ホームページより)。
短大生の時、東京・渋谷でスカウトされ事務所と契約し、茨城弁を直すために半年間のレッスンを受けた後、デビュー活動を開始。
1998年に、三井ゆりの後任となる『スーパーサッカー』アシスタントのオーディションを受けるが、実技試験でなぜかバドミントンをさせられ、その様子がプロデューサーに気に入られての抜擢だったと後日談として語られた。
2000年、「最初で最後の水着」と銘打ってグラビア活動を展開。期を同じくして『惑星ビュービュー』に野村恵里の後任MCとして出演、高橋英樹・テリー伊藤らと、歌謡番組『歌って最高!』(テレビ東京)などに出演した。
2001年、初頭をもってゴールデンタイムを除くサッカー中継の仕事から降板したため、2001年から藤本綾、2002年以降は細田阿也がTBSのサッカー中継を担当した。
2002年、再びグラビア活動を展開。写真集『dear HONEY!!』や「週刊プレイボーイ」では、水着姿を披露。4月より人気番組『ワンダフル』のレギュラーMCに加入した。その後10月からの後継番組『Pooh!』で単独MCの座を獲得した。また、映画『白い船』で女優デビューを飾る。恵俊彰・槙原寛己らと新番組『J-SPORTS』に出演、2003年1月よりメインキャスターに昇格すると同時に、番組内容も野球専門番組にリニューアルされた。
2003年6月30日、「サントリーモルツドリームマッチ2003」の大沢啓二監督率いる「モルツ球団」と、外国人OB選手を主体とした「ワールドパワーズII」の試合にて、デビューして初の始球式を務める。ピッチングフォームの連続写真や、星野仙一とのツーショット写真などが各種メディアで報じられた。
2004年、写真集『Transit』の宣伝を含んでのグラビア活動を展開。「週刊ポスト」、「週刊プレイボーイ」など各週刊誌には、1st写真集のM字開脚に続く『Transit』の売りとしてキャッチャーミット・ファーストミットを使った野球アクション写真が紙面を飾った。
2005年、ドラマ『電車男』の陣釜美鈴役で、主人公の山田剛司(演:伊藤淳史)を苛める凶暴なOLを演じ、第46回ザテレビジョンドラマアカデミー賞で最優秀助演女優賞を受賞した。これは読者投票トップの高島礼子ら上位者を、審査員投票だけでゴボウ抜きにしての受賞であった。。同年末を持って「スーパーサッカー」の司会を勇退し、以後は司会・キャスター業から女優活動に重きをおくようになる。
2006年、第12回ゴルフ東西対抗競技大会のマスコットガールに選ばれ、2度目の始球式を務めている。同大会チャリティーに出品したゴルフ手袋が7000円で落札された。2006年9月4日には、「第34回フジサンケイクラシック」最終日で優勝盾プレゼンターと、優勝した片山晋呉への代表インタビュアーも務めている。同年12月23日には『スーパーサッカー』を降板した。
2007年、『SMAP×SMAP』「マジシャン・ゼロ」コーナーにレギュラー出演(白石の連続ドラマ出演時などの際には、一部代役があてられた)。2007年1月より、経済産業省の情報セキュリティ対策の重要性を訴える「CHECK PC!」キャンペーンの情報セキュリティ広報大使に起用された。NHKには『どんど晴れ』で初めて出演している。
エピソード
『ナインティナインのオールナイトニッポン』では、TBS専属タレントというキャラクターである。実際、『ワンダフル』『Pooh!』『スーパーサッカー』『J-SPO』に出演していた2002年春から2004年秋までは、金曜日を除いて毎晩TBSの番組に出演していた。『関口宏の東京フレンドパークII』に出演した際、白石宛のファンレターが誤ってTBSのアナウンス部に届くことがあったと語っていた。
キャッチボールの腕前がよく、始球式ではノーバウンドでミットに収めるコントロールを見せた。野球専門番組『J-SPO』の番組宣伝CMでは元読売ジャイアンツの投手槙原寛己を相手に投球を披露した。その反面、サッカーのリフティングは苦手としており、『スーパーサッカー』共演時の加藤浩次に対して「なんで私がそんな事しなきゃいけないんですか」とコメントした。
『メントレG』で語った芸能界の遊び仲間は、伊東美咲、柴咲コウ、宮迫博之、玉山鉄二の4名を挙げている。特にドラマ共演が多い伊東美咲とは、長期の二人旅に出かけた様子を両者のブログに掲載する程の親友ぶりで知られている。その他、『オレンジデイズ』で共演した柴咲コウとは『乙女会』を結成しており、また、柴咲がライブを行った際は必ず駆けつけている。『どんど晴れ』で共演した比嘉愛未らと『仲居会』なるグループを結成し、頻繁に飲み会を行う仲である。ドラマ『花嫁とパパ』と映画『フライング☆ラビッツ』で共演した滝沢沙織とは、ゴルフ仲間であり、2007年9月にプライベートでバスケットボールWリーグ開幕戦をともに観戦、「試合に熱狂し過ぎてしまい叩いた手が痛かった」と楽しんでいる。
2007年10月3日、『大グータンヌーボ 恋する女たち勢ぞろい&初ドラマSP!』にて、4年間に及ぶ遠距離恋愛中の彼氏との思い出の曲が、HYの「Song For」であると発言。そのHYとは、2008年4月27日放送TOKYO FM『ASAHI SUPER DRY MUSIC FLAG』で初共演している。
バラエティ番組
* エンタの神様(2003年8月 - 2010年3月、日本テレビ)司会
* 恋愛講座 惑星ビュービュー(2001年、テレビ朝日)司会
* ワンダフル(2002年4月 - 2002年9月、TBS)司会
* 恋のバカヤロー!(2002年10月 - 2003年3月、TBS)
* Pooh!(2002年9月 - 2004年9月、TBS)司会
* イタリア7つの輝き(2011年1月1日 NHKデジタル衛星ハイビジョン・NHK総合テレビジョン)
:NHKにおいて初司会。NHK BShiが2011年1月に集中編成するイタリア特集のオープニング番組
*その他ゲスト出演多数
スポーツ番組
* スーパーサッカー(1998年 - 2006年、TBS)
* J-SPORTS(2002年4月 - 2006年9月、TBS)
* FIFAワールドカップ TBSテレビキャスター(2002年・2006年)
ドラマ
* 美女か野獣(2003年、フジテレビ) - 白井雪乃 役
* 東京ラブ・シネマ(2003年、フジテレビ) - 園田麻子 役
* あなたの隣に誰かいる(2003年、フジテレビ) - 澤村愛子 役
* えなりかずきの一休さん(2004年、フジテレビ)
* オレンジデイズ(2004年、TBS) - 小沢茜 役
* ホットマン2(2004年、TBS) - 大月あやめ 役
* 星野仙一物語 ~亡き妻へ贈る言葉(2005年1月2日、TBS)
* みんな昔は子供だった(2005年、関西テレビ) - 旗ゆかり 役
* 電車男(2005年、フジテレビ) - 陣釜美鈴 役
* 東京ワンダーツアーズ(2005年、日本テレビ) - 中村みどり 役(ドラマ初主演)
* 戦国自衛隊・関ケ原の戦い(2006年1月31日・2月7日、日本テレビ) - おしの 役
* サプリ(2006年、フジテレビ) - 柚木ヨウコ 役
* 電車男DX 最後の聖戦(2006年9月23日、フジテレビ) - 陣釜美鈴 役
* のだめカンタービレ(2006年、フジテレビ) - 江藤かおり 役(友情出演)
* 介助犬ムサシ~学校へ行こう!~(2007年4月20日、フジテレビ) - 田口綾子 役
* 花嫁とパパ(2007年、フジテレビ) - 槙原環 役
* どんど晴れ(2007年、NHK) - 原田彩華 役
* 地獄の沙汰もヨメ次第(2007年、TBS) - 小森紗江 役(友情出演)
* 世にも奇妙な物語 秋の特別編「48%の恋」(2007年10月2日、フジテレビ) - 上原菜摘 役
* 復讐の女神たち(2008年、関西テレビ) - 渡辺律子 役
* 霧の火 樺太・真岡郵便局に散った九人の乙女たち(2008年8月25日、日本テレビ) - 山崎ミサ 役
* the波乗りレストラン(2008年11月1日 - 11月9日、日本テレビ) - 三島孝子 役
* キイナ~不可能犯罪捜査官~ 第1話(2009年1月21日、日本テレビ)- 幸田絢香 役
* 白い春(2009年、関西テレビ) - 高村佳奈子役
* 不毛地帯 第3話(2009年10月29日、フジテレビ)- アキ(クラブのホステス)役
* サザエさん(2009年、フジテレビ) - 波野(入江)タイコ役
** サザエさん2(2010年)
** サザエさん3(2011年)
* チームバチスタ2ジェネラル・ルージュの凱旋(2010年、関西テレビ) - 花房美和 役
** チーム・バチスタ2 ジェネラル・ルージュの凱旋SP(2011年1月2日、関西テレビ)
* 逃亡弁護士 第8話(2010年8月24日、関西テレビ) - 小沢咲子 役
* 新・ミナミの帝王(2010年9月21日、フジテレビ) - 平原咲子 役
* FACE MAKER 第11話(2010年12月16日、読売テレビ) - 槇野美里 役
* 相棒 Season 9 元日スペシャル 第10話(2011年1月1日、テレビ朝日) - 折原夏実 役
* ドラマW 仕返し(2011年4月10日、WOWOW) - 秋月遥 役
* アスコーマーチ~明日香工業高校物語~(2011年、テレビ朝日) - 杉崎加奈子 役
* どんど晴れスペシャル(2011年4月24日、NHK) - 原田彩華 役
* 阪急電車~片道15分の奇跡~ 征史とユキの物語(2011年5月1日、関西テレビ) - ユキ 役
* マルモのおきてスペシャル(2011年10月9日、フジテレビ) - 藤沢理沙 役
映画
* 白い船(2002年、ゼアリズ) - 小野裕子 役
* いかレスラー(2004年、特別友情出演)
* スウィングガールズ(2004年、東宝) - 伊丹弥生 役
* 電車男(2005年、東宝) - 家具付きアパートメント店員 役
* ベルナのしっぽ(2006年、シネカノン、映画初主演) - しずく 役
* memo(2008年3月) - カウンセラー役
* フライング☆ラビッツ(2008年、東映)
* ハルフウェイ(2009年、シネカノン)
* カフーを待ちわびて(2009年、エイベックス)
* The Harimaya Bridge はりまや橋 (2009年、ティ・ジョイ)
* インスタント沼 (2009年)
* 半次郎(2010年) - 村田さと 役
* ばかもの(2010年) - 翔子 役
* ジーン・ワルツ(2011年)
舞台
* 朗読劇「LOVE LETTERS」(2008年、パルコ劇場)
ラジオ
* 緒方耕一の痛快!スポーツ天国(1999年4月 - 9月、TBSラジオ)
* 白石美帆の贅沢な日曜日(2003年10月 - 2005年9月、TOKYO FM)パーソナリティー
テレビアニメ
* 鋼の錬金術師(毎日放送) - クララ 役(声の出演)
新聞・雑誌連載
* 週刊サッカーマガジン(totoの特集記事、2001年 - 2003年頃)
* 日刊スポーツ「マンデートーク」(サッカーコラム、2005年)
写真集
* Two―Photography(2000年、ブックマン社) ISBN 425500045X
* dear HONEY!!(2002年、集英社) ISBN 4087803503
* Transit(2004年、ワニブックス) ISBN 4847028139
* プレミアムBOX「PARAISO」(2004年、ワニブックス) ISBN 4847028236
オリジナルDVD
* LONDON CALLING(2002年、集英社) ISBN 4089005035
CM
* タイトー「グレイテスト ストライカー」(2000年)
* 小学館「ビッグコミックスペリオール」(2001年)
* ソニー・ミュージック「フォルツァ」(2002年)
* ポーラ化粧品 デイリーコスメ「アルブホワイト」(2002年)
* NTT-BB「BROBA」(2002年)
* パイオニア「DVDレコーダー DVR-77H」(2002年)
* ボンマックス(2002年)
* サントリー「ダイエット生」(2003年)
* ポーラ化粧品 デイリーコスメ「エリッサ・モイスチャー」(2003年)
* 紳士服コナカ(2003年)
* 味の素 クノールスープパスタ
* 日本道路公団「中央自動車道集中工事」(2003年)
* ユニ・チャーム「ソフィ」(2003年)
* アスキー「ダービースタリオン04」(2003年12月)
* 積和不動産 MAST(2004年)
* 大塚製薬「ネーチャーメイド」(2005年)
* 全労済「こくみん共済」(2005年)
* 茨城県(観光キャンペーン)