渡邊直美童年貧苦,初中畢業(yè)后沒有考上高中,就一邊在連鎖餐廳打零工攢錢,一邊籌劃進(jìn)入日本搞笑藝人界吉本興業(yè)公司旗下的藝能學(xué)院。2006年,她不顧家人反對,成為吉本綜合藝能學(xué)院的第12期學(xué)員。
渡邊直美2006年,渡邊直美在吉本綜合藝能學(xué)院學(xué)習(xí)期間,與同學(xué)ササキ結(jié)成搞笑組合“フレッシュライム”。2007年9月,“フレッシュライム”解散后,渡邊直美以搞笑藝人身份出道。2008年1月2日,渡邊直美參加關(guān)西電視臺(tái)新春節(jié)目《新春大売出し!さんまのまんま》,因模仿美國歌手碧昂斯引起關(guān)注,隨后成為富士臺(tái)綜藝節(jié)目《笑笑又何妨》第14代“又何妨青年隊(duì)”成員,與鈴木凜組成“又何妨少女隊(duì)”。4月至6月,參演舞臺(tái)劇《花坂荘の人々》系列。2009年,執(zhí)導(dǎo)搞笑短片《Patience》,參加2009年度沖繩國際電影節(jié)下屬活動(dòng)“Yahoo!JAPAN藝人Nonverbal節(jié)”。9月30日,與齋藤くん組隊(duì)參加搞笑藝人比賽《世界キワモノ演蕓2009》,進(jìn)入半決賽。2010年1月1日,參加?xùn)|京臺(tái),大阪臺(tái)系元旦直播節(jié)目《歌うお正月！6時(shí)間笑いっぱなし生伝說～ライブ?ザ?よしもと2010～》。從4月開始,成為ABC電視臺(tái)的搞笑電視節(jié)目《全快はつらつコメディお笑いドクター24時(shí)!!》的常規(guī)成員,扮演花月綜合醫(yī)院的護(hù)士。8月,其主演的《アイツにメガトン》在神保町花月劇場公演。10月,加盟富士臺(tái)搞笑綜藝節(jié)目《Picaru的定理》,在節(jié)目中的短劇單元扮演女高中生白鳥美麗。2011年1月15日,其與多部未華子合作的NTV刑偵喜劇《小汪刑警》開播,她在劇中扮演熱血而又富于正義感的女警察青木琴美。自6月開始,參與富士臺(tái)播出的綜藝節(jié)目《SATURDAYNIGHTLIVEJPN》。10月6日,參加富士臺(tái)搞笑藝人競賽類節(jié)目《オモバカ》,進(jìn)入準(zhǔn)決賽。2012年3月28日,其主演的情感類影片《SPOTLIGHT》在沖繩國際電影節(jié)上映,她扮演在老字號(hào)打工的廢柴女鴨下蘭。10月2日,第一次作為主持人參加娛樂新聞節(jié)目《ザ?プライムショー》,同月,成為關(guān)西臺(tái)綜藝節(jié)目《頭脳回転ずしQ兵衛(wèi)》的固定成員。11月23日,水田伸生執(zhí)導(dǎo),井上真央主演的喜劇片《八個(gè)拔河女》上映,渡邊直美在片中出演藤代美香。2013年,自1月開始,加盟富士臺(tái)針對女性觀眾的談話類綜藝節(jié)目《10匹のコブタちゃん?ヤセガマンしないTV?》。4月1日,堤幸彥執(zhí)導(dǎo)的TBS深夜檔喜劇《永澤君》開播,渡邊直美在劇中扮演永澤的同學(xué)松島夢子。10月4日,其出演的動(dòng)作劇《殺手女王蜂》首播,她扮演身材壯碩卻自稱“蘆葦”的女殺手tonsogu。2014年1月9日,其出演的讀賣臺(tái)深夜檔律政喜劇《撫慰金律師》開播,她在劇中扮演沉迷外國諜戰(zhàn)劇的調(diào)查員梅本胡桃。2月16日,香港愛情劇《愛情來的時(shí)候》播出“日本篇”,她在劇中扮演女主人公,百年老店的繼承人和田美子,與炎亞倫上演對手戲。5月,渡邊直美出道后首檔常駐綜藝節(jié)目《笑笑也無妨》迎來終局,她借這一契機(jī),暫時(shí)中止了一切演藝活動(dòng),只身渡美,開始為期三月的學(xué)習(xí)深造。2015年1月至3月,主演的讀賣電視臺(tái)深夜檔以介紹京都旅游為主題的劇集《五星級(jí)旅行社》播出,她在劇中扮演旅行社觀光團(tuán)隊(duì)的導(dǎo)游高瀨京香,這是她出道以來首次主演電視連續(xù)劇。11月7日,其主演的《五星級(jí)旅行社》的電影版上映。12月23日,動(dòng)畫電影《櫻桃小丸子：來自意大利的少年》上映,她在片中為巴西少女朱麗葉配音。同年,還出演了好友BENI的單曲《フォエバ》的音樂MV。2016年,自4月開始,主持NHK音樂節(jié)目《NAOMIの部屋》,并加盟同臺(tái)音樂節(jié)目《SHIBUYANOTE》,擔(dān)任訪談環(huán)節(jié)MC。7月,擔(dān)任TBS電視臺(tái)情感類綜藝節(jié)目《オタ戀》的MC。12月31日,參加NHK跨年演唱節(jié)目《紅白歌會(huì)》,負(fù)責(zé)后臺(tái)訪問,還和PIKO太郎出現(xiàn)在二宮和也主持的中場秀中。同年,渡邊直美在紐約,洛杉磯,和中國臺(tái)北舉辦了出道十周年世界巡演。憑借這一年在各領(lǐng)域中的表現(xiàn),她當(dāng)選VOGUEJAPAN2016年度女性。2017年1月,與大杉漣一起成為日本臺(tái)綜藝節(jié)目《ぐるぐるナインティナイン》的固定嘉賓。2月,代替女演員清水富美加主持《SHIBUYANOTE》。從4月開始擔(dān)任NHK的綜藝節(jié)目《土曜スタジオパーク》的主持人。7月,主演的TBS電視臺(tái)女性勵(lì)志劇集《神奈小姐》開播,她扮演樂觀積極的單身母親鈴木神奈,這也是其首度擔(dān)任黃金檔電視連續(xù)劇的主演,同時(shí),她還與歌手AI共同為該劇演唱了主題歌。12月31日舉行的第68屆紅白歌會(huì)上,渡邊直美演唱了《神奈小姐》的主題歌《キラキラ》,并再次參加中場秀“紅白HALFTIMSHOW”環(huán)節(jié)。同年,在筱原涼子主演的日本版《陽光姐妹淘》中出演主人公的同學(xué)阿梅。2018年3月16日,美國動(dòng)畫片《尋夢環(huán)游記》在日本上映,渡邊直美為片中的藝術(shù)家弗里達(dá)·卡羅一角擔(dān)任日語配音。10月31日,與劇團(tuán)一人,小泉孝太郎共同出演日本臺(tái)不定期綜藝節(jié)目《なんでそんなに高いのか!?》。同年,參與美國電影《超大號(hào)美人》的日語版譯制工作,為主人公芮妮·班尼特配音。2019年4月4日,開始擔(dān)任NHKBSPremium頻道以其命名的節(jié)目《渡辺直美のナオミーツ》的主持人。4月9日,其出演的富士BS頻道節(jié)目《TOKYOストーリーズ》播出。2020年8月7日,參與配音的動(dòng)畫電影《哆啦A夢：大雄的新恐龍》在日本上映。12月11日,其出演的喜劇電影《三國志新解》上映,在片中扮演貂蟬。12月28日,出演的電影《約定的夢幻島》上映,在片中扮演“sister”克洛涅。2021年7月,渡邊直美參加?xùn)|京奧運(yùn)會(huì)開幕式表演,播放1964年東京奧運(yùn)會(huì)的回顧影片,伴隨舞蹈進(jìn)行,女藝人渡邊直美身后大屏上出現(xiàn)“Ready？”字樣,將表演拉回現(xiàn)代。
渡邊直美的父親是日本人,母親是中國臺(tái)灣人,家中還有一個(gè)姐姐。幼時(shí)父母便離異,由母親撫養(yǎng),并在上小學(xué)前移居日本。2014年2月,宣布創(chuàng)辦自己的時(shí)尚品牌：PUNYUS。
2016年,渡邊直美應(yīng)中國臺(tái)灣“觀光局”之邀,擔(dān)任對日臺(tái)灣觀光親善大使。
渡邊直美是在以嚴(yán)苛殘酷著稱的日本娛樂圈頑強(qiáng)拼搏的女戰(zhàn)士,具有超強(qiáng)的舞臺(tái)魅力和渾然天成的喜感,自出道以來發(fā)展勢頭迅猛,不但確立了獨(dú)特的表演風(fēng)格,而且在多個(gè)領(lǐng)域都充分展現(xiàn)才能。她身材圓滾滾,卻能歌善舞,性格積極向上,幽默自信,開朗大方又可愛,無論遇到什么困難,都微笑面對,迎難而上；她真實(shí)坦誠,表里如一,從不在意披露最真實(shí)的自己,渾身散發(fā)著健康的女人味。她感染了許多女性網(wǎng)友,尤其為胖姑娘們帶來不少勇氣。