父親美日混血，母親日本人。JJ雜志模特出身。日本大熱的若手女優。家里四姊妹中最小的一個。黑木與堀北曾合拍攝曖昧百合寫真《MissMatch》。

2008年3月25日，獲得意大利奢侈品牌Bvlgari頒發的第十屆《BVLGARIBrilliantDreamsAward》，明紗被贈予價值6000萬日元的鉆飾。6月21日，黑木明紗作為歌手出道。同時代言au的手機新機種“Sportio/W62T”（東芝制），手機配信發行首支單曲《LikeThis》，是R&B類型的舞曲。10月，明紗出演富士電視臺50周年臺慶劇《風之花園》二番（白鳥琉衣）。

2009年2月26日，黑木明紗擔任EmporioArmani2009年度日本地區代

言人，成為日本時尚界新寵；同月在由香港著名導演李志毅執導，改編自日本人氣漫畫的同名電影《舞吧！昴》中擔任主演。4月8日，黑木明紗發行首張個人音樂專輯《Hellcat》，正式邁入日本樂壇。7月，黑木明紗主演押井守導演的科幻電影《突擊少女》（ASSAULTGIRLS），該片于同年12月19日在日本上映。10月初，明紗出演山崎貴導演的真人動漫電影《宇宙戰艦大和號》女主角森雪，與木村拓哉共演，黑木的演繹事業又上一臺階。該片2010年12月上映。

2010年1月13日，黑木明紗與法國著名品牌L'Oréal（歐萊雅）簽約，她今后將作為該品牌的“顏”在世界活動。深受資深貴婦雜志25ANS鐘愛。從07年至今不僅是該雜志長期特邀模特，更在2010年創下連登該雜志7個月（持續中）封面的記錄。5月22日，明紗受邀參加“GirlsAward2010”，并在這次活動上舉行自己的首場LIVE，與金俊秀、青山黛瑪、澤尻英龍華、西野加奈、BENI等歌手同場表演。黑木明紗于10月6日，在東京?惠比壽花園大廳內，舉行首次單獨LIVE。參與主演的喜劇片《矢島美容室電影版：尋夢內華達》，合作演員“矢島美容室”的3位成員。參與拍攝由香港、韓國、新加坡、日本四地精英團隊跨國打造的傳奇影片《非常舞者》，合作演員桃井薰、高雅拉、周潔等。

2011發行單曲《WiredLife》并初次作為動漫《青之驅魔師》ED。初次出演富士春季月9，夏季連投EX臺金11《JIU警視廳特殊犯搜查系》并主演。參演由富士電視臺和東寶映畫聯合制作的《女神的報復》系列第二部，《安達盧西亞：女神的報復》，扮演角色銀行職員新藤結花，電影6月25日上映。

2013年參演《魯邦三世》真人電影，黑木明紗飾峰不二子。

2015年，黑木明紗主演NHK于9月22日開播的火十檔劇集《DESINERBABY-速水警官產假前的疑難案件-》，在劇中飾演懷孕八個月的刑警速水悠里。