Jun Matsumoto ile birlikte rol aldığı Kimi wa petto (2003) adlı dram filmiyle üne kavuşan ve büyük bir popülerlik kazanan Koyuki, ilk uluslararası filmi Son Samuray'da (2003) Tom Cruise'un canlandırdığı Nathan Algren karakteri tarafından öldürülen bir Samuray'ın eşi olan Taka'yı canlandırdı. O ilk olarak 1997 yılında bir ödül kazanarak kamuoyunun dikkatini çekti. Non-no dergisi ile özel modellik sözleşmesi imzaladı, ancak kısa sürede modellik yapmanın ötesinde bir oyuncu olarak da pek çok başarıya imza attı. Coca-Cola Japan's Sokenbicha, P&G Max Factor SK-II ve Suntory Kakubin de dahil olmak üzere birçok reklam filminde rol aldı.