概要
1979年10月10日生まれ。愛知県春日井市生まれ。本名同じ。
中学生の時に『中学生日記』（NHK名古屋放送局制作）のオーディションに合格し、生徒役で出演。当時は演劇部に所属していた。
愛知県内の高校に通っていた1995年、武田真治に憧れて第20回ホリプロタレントスカウトキャラバンに応募したところ、グランプリを受賞。以降ホリプロ所属となる。
同年ドラマ『海がきこえる』でテレビドラマ初出演。その後上京し、堀越高校（トレイトコース）へ転入した。
1996年、『イグアナの娘』にて主人公の親友の三上伸子役を演じ、注目を集める。同年、愛知銀行のイメージガールに起用される。
1997年、『バウンス ko GALS』で主演を務め、ブルーリボン賞新人賞、キネマ旬報新人女優賞を受賞し、翌年のヨコハマ映画祭にて最優秀新人賞を獲得。
2011年、『家政婦のミタ』で演じた皆川真利子役で強烈なインパクトを残し、再び注目を浴びるようになる。なお翌2012年には『トッカン 特別国税徴収官』でも同じ皆川真利子を演じた。
また、この再注目を受けてバラエティ番組に出る機会も増え、かつての快活な美少女キャラとは真逆の「やさぐれ」な私生活や、いい意味で庶民的な発言で人気を博す。
30歳を過ぎた頃から、体重の増加もあって実年齢よりも上の年齢の役を演じることが多くなっていた。2018年1月に「モテたい」とライザップのダイエットプログラムに参加し、14kg以上の減量に成功している。
ちなみに『ひよっこ』では脚本を担当した岡田惠和により、佐藤の体型をイジるような演出が盛り込まれていたが、スペシャルドラマでは佐藤が痩せていたため、岡田本人が「一番困りました」とコメントしている（実際の作品では「体重により脚立が壊れてしまったので痩せることを決心した」という設定が付けられた）。
私生活では、2019年10月10日に俳優の細貝圭との結婚を発表。2023年離婚。
人物像
姉2人と兄1人の四人きょうだいの末っ子である。父親に離婚歴があり、きょうだいの中で1人だけ母親が違うが、特に可愛がられていたとのこと。
父は愛知県内で新聞販売店を営んでおり、佐藤本人も小学生の頃から夕刊の配達などを手伝っていた。父の仕事の都合で何度か引っ越し・転校を経験している。
堀越高校では堂本剛やともさかりえ、山口紗弥加、水樹奈々らと同級生だった。堂本によれば「周りとなじもうと思ったらなじめるクセに、なじまない」と、一歩引いたようなところがあったという。また、ともさかによれば「（トレイトコースは代によっては卒業後も深い付き合いがあるようだが）我々の代は当時から、てんでバラバラだった」とのことで、同級生たちの卒業後の付き合いはそれほど密接ではないとのこと。
名前は伏せているものの、同世代のアイドルや俳優と交際経験があることを公言している。なお、堀越在学中にもある芸能人と交際していたが、相手の浮気が原因で別れたらしい。
大の酒好き、飲み会好きで、芸能人同士で飲みに行くことも多い。男性と飲みに行く機会も多いがあくまで飲み友達であり、また全国に飲み友達がいるとのこと。
本人はいわゆる「ノンケ」だが、新宿二丁目のゲイバーに一人で行くことも多く、そちらの界隈では「キャサリン」と呼ばれている。結婚していなかった時期は「オネエの人たちとルームシェアしたい」と発言したこともある。
仕事がなかった時期『戦国無双』にはまっていた。
自身の名前は、生まれたときに瞳が印象的だったことと、「目の愛護デー」である10月10日生まれなことに由来する。「仁美」は姓名判断で画数の良い字を決めたとのこと。ちなみに元夫とは誕生日が同じである。
