小学校1年の時から野球を始める。その後中学からシニアリーグでプレーをする。進学した堀越高校ではエースとして活躍するが甲子園に出場することはできなかった。

1999年度ドラフト会議にて大阪近鉄バファローズより、5位指名を受け入団。

2年目シーズン途中から頭角を現す。日本シリーズ第2戦で先発を任され、好投。

3年目の2002年より先発ローテーションの一角として23試合に登板。

2003年にはチーム最多となる15勝を挙げ、チームのエースに定着。

翌2004年には自身初の開幕投手を務め、球団新記録の12連勝を達成。最終的に15勝とし、最多勝と最優秀防御率のタイトルを獲得。アテネ五輪野球日本代表に選出。

シーズン中の6月に球団再編問題もあり、自身は新規参入球団の楽天へ移籍が決まる。

2005年より、楽天のエースとしてチームを牽引。2008年には21勝を記録。最多勝利、沢村賞、最優秀選手、ベストナインなど投手関連の主要タイトルを独占。

2009年には第1回WBC日本代表に選出され、先発3本柱としてチームの優勝に貢献。

2011年オフ、海外FA権を行使してのメジャー移籍を表明。

2012年シアトルマリナーズと契約を交わし、シーズン途中より先発を任され、8勝を記録。2013年先発ローテーション入りし、2桁勝利、200イニングに到達した。2014年オールスターに初選出され、自身最多の15勝を挙げる。2015年には日本人2人目のノーヒットノーランを達成。2017年、2018年とマリナーズでプレー。

2019年より、読売ジャイアンツでプレー。怪我の影響もあり2020年も1軍登板を果たせず。

2020年10月19日に現役引退を表明。

2021年より、古巣のマリナーズ特任コーチに就任。

2022年は日本で生活しながら、マリナーズとのアドバイザリーコーチ契約を締結。

引退後はコーチ業の他、MLBやプロ野球の解説を務めている。

また野球教室など積極的に行っている。