1979年静岡県浜松市生まれ。

6歳よりピアノを始め、同時にヤマハ音楽教室で作曲を学ぶ。

国内外の「ユニセフチャリティコンサート」「ジュニアオリジナルコンサート」等に多数出演。17歳の時にチック・コリアと共演し、1999年にはボストンのバークリー音楽院に入学し、在学中にジャズの名門テラーク・レーベルと契約。2003年にアルバム「Another Mind」で世界デビューし、欧米でのライブ活動をスタートさせる。
2004年春にはセカンドアルバム「Brain」をリリース、アメリカの「サラウンド・ミュージック・アワード＜ニュースター賞＞」を受賞。2005年、活動の拠点をボストンからニューヨークに移す。2006年はサードアルバム「Spiral」を発売し、「ミラノ・コレクション」での演奏や、「ボストン・ミュージック・アワード＜ベスト・ジャズ・アクト賞＞」を受賞するなど活躍。2007年は新たにギターを加えたプロジェクトとして「HIROMI'S SONICBLOOM」を結成。アルバム「Time Control」を発売し、世界最大のロックフェス英「グラストンベリー・フェスティバル」に出演するなど話題となる。2008年、初のスタンダードアルバム「Beyond Standard」を発売。2009年にはチック・コリアとのアルバム「Duet」、スタンリー・クラーク・トリオとしてメンバーとして「Jazz in the Garden」をリリース。2010年はソロ・ピアノ作品「Place to Be」をリリース。アメリカの音楽専門誌3誌で表紙を飾り、アマゾンの全米ジャズチャートでは1位を記録。また日本人アーティストでは唯一となるニューヨーク・ブルーノートでの6年連続の一週間を成功させた。さらに再びスタンリー・クラークのアルバムに参加した「Stanley Clarke Band feat Hiromi」が第53回グラミー賞において「ベスト・コンテンポラリー・ジャズ・アルバム」を受賞。毎年、大型ジャズ・フェスティバルからクラブ公演まで、欧米からアフリカ、アジアまで、世界を舞台に毎年約100日150公演のツアーを続けている。

日本においては、2003年にTBS系「情熱大陸」に出演し話題となり、2003年度「日本ゴールディスク大賞」＜ジャズ・アルバム・オブ・ザ・イヤー＞を受賞。2004年、巨匠オスカー・ピーターソンの日本公演のオープニングアクトを務め、2005年は「フジロック'05」への参加、グラミーアーティストであるミシェル・カミロの日本公演での共演、サードアルバム「Spiral」(ジャズディスク大賞日本ジャズ賞受賞作品)は、オリコン20位のヒットを記録した。2006年は、ドリームズ・カム・トゥルーとのライブ共演、矢野顕子のアルバムへのレコーディング参加や共演ライブ、「東京JAZZ2006」への出演、タップダンサー熊谷和徳とのコラボレーションライブなどを実施。また、2007年には平成18年度(第57回)芸術選奨、文部科学大臣新人賞大衆芸能部門で受賞、「フジロック'07」への出演、浅田次郎原作・宮沢りえ主演映画「オリヲン座からの招待状」のメインテーマ曲を担当。さらには自身5度目となる日本ツアーも大成功に終了した。
2008年1月には、チック・コリアとのブルーノート東京でのライヴ・アルバム「デュエット」をリリースし、4月には日本武道館にてピアノデュオの公演を実施。5月には新作「ビヨンド・スタンダード」を発売し、ジャズ作品として異例のオリコンTOP10を記録。夏には「東京JAZZ2008」、「Sweet Love Shower」等大型フェスに参加。
11月に日本先行リリースとなる初の映像作品「上原ひろみ ライブ・イン・コンサート」、「上原ひろみ～Hiromi's Sonicbloom ライブ・イン・コンサート」も2枚同時リリースした。2009年は関西テレビ50周年記念ドラマ「トライアングル」のテーマイメージ曲を担当。3月には代々木第一体育館で行われたドリームズ・カム・トゥルーの20周年を祝うスペシャルライブ「みんなでドリする!」にピアニストとして参加。9月には待望の初ソロ･ピアノ作品となる最新作「プレイス・トゥ・ビー」を発売し、「東京JAZZ 2009」へ出演。12月には自ら全編オーケストラアレンジを施した新日本フィルハーモニー交響楽団との公演も成功させた。2010年には東京スカパラダイスオーケストラのアルバムにも参加。2011年3月にはドラムにサイモン・フィリップス、ベースにアンソニー・ジャクソンを迎えた最新作「ヴォイス」と、昨年8月のソロピアノ公演を収めたDVD「上原ひろみ ソロピアノ・ライブ・アット・ブルーノート・ニューヨーク」をリリース。今後ますます飛躍が期待される。