2007年，渡边直美以搞笑艺人身份出道。2008年1月，渡边直美在参加
关西电视台新春节目时模仿了碧昂丝，并获得“日制
碧昂丝·诺斯”的绰号，就此走红。2011年，
日本电视台特别邀请她一起制作了综艺短剧《白鸟美丽物语》。2014年2月，渡边直美创立了时尚品牌“PUNYUS”，在尺码上还兼顾了常见尺码和大尺码，造福了所有跟渡边直美一样肉肉型的时尚女孩们，人气扶摇直上，奠定了渡边直美在时尚品牌定位的基础。随后，渡边直美出道后常驻的首档综艺长寿人气综艺《笑笑也无妨》迎来结局，而后渡边直美暂时中止了一切演艺活动，赴美深造。
2016年，渡边直美在纽约、
洛杉矶、
台北市三地进行了主题为《Naomi Watanabe WORLD TOUR》的个人巡演，夸张大胆创新的概念，赢得好评。2017年，由渡边直美主演的电视剧《
环奈太太》上映，剧中的主人公环奈是一名时尚设计师，也是一位勇敢且理智的单亲妈妈。该剧在日本一经播出就取得了极好的收视表现，第一集的平均收视率达到12％。次年，渡边直美受邀到中国参与“双十一”晚会演出，并表演中文曲目《舞娘》，亮眼的表演使其备受关注。2019年，渡边直美主持的综艺节目《亿婚》播出，靠着其独特的设定和大胆的话题一时之间被日本网友热议。2021年3月，33岁的渡边直美发文宣布从4月开始，把工作重心转移到美国，并且由ICM公司负责综艺方面的活动。
幼年时期，父母离异，渡边直美由母亲抚养。上学时，从台湾搬往日本，生活贫苦。小时候虽然性格内向，但依然梦想成为一名搞笑艺人。初中毕业后就辍学了，开始去饭店打工，计划攒钱进入日本搞笑艺人界巨头吉本兴业公司旗下的艺能学院。由于遭到家人的反对，上学过程曲折。经过不懈的努力，最后成为吉本综合艺能学院的第12期学员。
2006年，渡边直美在吉本综合艺能学院学习期间，与同学ササキ结成搞笑组合“フレッシュライム”。2008年1月，渡边直美在参加
关西电视台新春节目时模仿了碧昂丝，就此走进大众视野，而且获得“日制
碧昂丝·诺斯”的绰号。同年六月，碧昂斯所在的真命天女组合在
日本发售特别策划专辑，渡边直美被日本发行方起用，加入宣传CM，实现了美日碧昂斯的同台。2009年，执导搞笑
短片《Patience》，9月30日参加搞笑艺人比赛进入半决赛。随后，2011年，
日本电视台特别邀请她一起制作了综艺
短剧《白鸟美丽物语》，饰演男生争相追求的校园偶像“白鸟美丽”，与外表形成极大反差的超自信态度、反应迅捷的综艺感让她人气直升，不仅登上杂志封面，还以角色的名义发行了CD。次年，渡边直美主演的情感类影片《SPOTLIGHT》在冲绳国际电影节上映获得观众一致好评。
2014年1月9日，渡边直美出演的电视剧《抚慰金律师》开播。2月16日，渡边直美出演的电视剧《
爱情来的时候》日本篇播出。2月，渡边直美创立
时尚品牌PUNYUS，为plus-
开本的女孩提供各种潮装和配饰。一经推出，不但反响热烈，还赢得了很多
大码模特的热捧。随后，渡边直美出道后常驻的首档综艺长寿人气综艺《
笑笑也无妨》迎来结局，而后渡边直美暂时中止了一切演艺活动，计划在美国进行为期三个月的学习深造。
2016年，渡边直美作为正能量标志在中国爆红，收获了一大批中国粉丝。除搞笑艺人外，渡边直美还是一名美妆博主。2016年，渡边直美主持NHK音乐节目《NAOMIの部屋》，并加盟同台音乐节目《SHIBUYA NOTE》。同年，渡边直美在纽约、
洛杉矶、
台北市三地进行了主题为《Naomi Watanabe WORLD TOUR》的个人巡演。2017年7月，渡边直美的粉丝数逼近700万。同年，由渡边直美主演的电视剧《
环奈太太》上映，剧中的主人公环奈是一名时尚设计师，也是一位勇敢且理智的单亲妈妈。该剧在日本一经播出就取得了极好的收视表现，第一集的平均收视率达到12％。
2018年3月16日，美国动画片《寻梦环游记》在日本上映，渡边直美为片中的艺术家弗里达·卡罗一角担任
日语配音。2018年，渡边直美受邀到中国参与“双十一”晚会演出，并表演中文曲目《舞娘》，独特的表演让不少网友惊叹。2019年，渡边直美主持的综艺节目《亿婚》播出，靠着其独特的设定和大胆的话题不仅一时之间被
日本网友热议，同样也吸引了中国观众。2019年4月4日，渡边直美开始担任以其命名的节目《渡辺直美のナオミーツ》的主持人。2019年4月9日，渡边直美出演的《TOKYOストーリーズ》在富士BS频道播出。
2020年12月11日，渡边直美出演的喜剧电影《三国志新解》上映，饰演貂蝉，与以往貂蝉扮演者严重不符的形象备受争议。随后，渡边直美加盟电影《约定的梦幻岛》，饰演“sister”克洛涅。同年12月，渡边直美受邀参与配音《哆啦A梦：大雄的新恐龙》。2021年3月，33岁的渡边直美发文宣布4月开始，把工作重心转移到美国，并且由ICM公司负责综艺方面的活动。
渡边直美是中日混血儿，母亲是台湾人，有一个姐姐。年幼时，父母就离异了，她一直由母亲抚养长大。因为在学龄前已经移居日本，虽然能听懂中文，但几乎不会说。母亲也常常带她回台湾探望家人。2017年7月，渡边直美在社交网络平台的粉丝数即将突破700万。在时常登上时尚杂志封面的同时，她使用的美妆产品常被粉丝们一抢而空，她还设计了自己的独立品牌PUNYUS。