東京都杉並区の生まれ。父は40歳の若さで散った伝説の名優・松田優作、母は女優の松田美由紀。二男一女の次男で、２歳上の兄は俳優の松田龍平。埼玉のインターナショナルスクールに通い、17歳から２年間、ロンドンに留学したのち、2005年のTBS『ヤンキー母校に帰る／旅立ちの時・不良少年の夢』で、21歳の転校生・高橋紀之役を演じて俳優デビューを飾る。同局『花より男子（だんご）』05では、容姿端麗にして大金持ちの“F4”メンバーのひとり、茶道の次期家元として育てられた西門総二郎役で人気を獲得。高視聴率により続編、映画版と続く人気シリーズとなり、アジア各国にまで“花男”ブームを巻き起こす。映画初出演は06年の前田哲監督「陽気なギャングが地球を回す」で、学生の天才スリ師・久遠役を演じた。俳優としての転機となったのが、奥田瑛二が監督した同年の「長い散歩」。定年退職した男と虐待を受けている少女が、旅の途中で出会うバックパッカーの青年・ワタル役を演じ、日本映画批評家大賞新人男優賞を受賞する。07年、天才詐欺師・秋山深一役で準主演したフジテレビ『ライアーゲーム』が好評を博し、こちらも続編、映画化の人気シリーズとなる。同年の隅田靖監督「ワルボロ」では映画初主演。典型的なガリ勉から不良へと変身する主人公・コーちゃんを演じる。翌08年、瀧本智之監督「イキガミ」で、24時間後の死亡宣告を下す“逝紙（イキガミ）”を配達する国家公務員の藤本賢吾役を演じ、日刊スポーツ映画大賞石原裕次郎新人賞、日本アカデミー賞新人俳優賞を受賞。大森立嗣監督『ケンタとジュンとカヨちゃんの国』09では社会に対してやりきれない怒りを抱える青年・ケンタを、力強さと細やかさを兼ね備えた芝居で表現し、新境地を拓いた。テレビドラマはほかに、フジテレビ『トップキャスター』05、『薔薇のない花屋』08、『月の恋人／Moon Lovers』『流れ星』10、テレビ朝日『レガッタ・君といた永遠』06、『女帝』07、NHK大河ドラマ『篤姫』08、TBS『ラブシャッフル』09など。名探偵・天下一大五郎のナンセンスな活躍を描くテレビ朝日『名探偵の掟』09、高橋克実演じるやくざの組長と体が入れ替わってしまう児童福祉司を演じた日本テレビ『ドン★キホーテ』と、主演ドラマではコメディが続いている。