東京音楽大学付属高等学校ピアノ科、同大学器楽専攻 ピアノ科卒業。
8歳の時に岩井俊二と出会い、『Love Letter』の劇伴のピアノ演奏に参加。その後、『リリイ・シュシュのすべて』『花とアリス』でも劇伴音楽を担当。
2005年 『ツバサ・クロニクル』のヒロイン・サクラ役で声優デビュー。同年8月、劇場版『ツバサ・クロニクル～鳥カゴの国の姫君～』主題歌「アムリタ」を リリース、歌手活動をスタート。
2021年『ARIA』シリーズ最新作『ARIA The BENEDIZIONE』のOPテーマ「エスペーロ」、2022年3月、長編アニメーション『とつくにの少女』主題歌 ｢Touch of Hope」、10月5日、最新アルバム「あなたとわたしを繋ぐもの」をリリースし、11月3日にはビルボードライブ横浜でワンマンライブが決定。

★Release
2022年10月5日（水）　ニューアルバム「あなたとわたしを繋ぐもの」

★LIVE
2022年11月13日（日）　ビルボードライブ横浜
牧野由依 Billboard Live2022 〜あなたとわたしを繋ぐもの〜

★Event
2022年9月17日（土）「ナガノアニエラフェスタ20～22」
＜場所＞長野県佐久市『駒場公園』