神奈川県出身
12月23日生まれ
5歳よりバレエを始める。1989年埼玉全国舞踊コンクール、ジュニアの部第1位。1993年、ローザンヌ国際バレエコンクールにてスカラシップ賞を受賞した後、モナコのプリンセス・グレース・アカデミーに2年間留学。帰国後、古典全幕作品やローラン・プティ作品に主演した。2004年、東京バレエ団に入団した。
おもなレパートリーに、ブルメイステル版『白鳥の湖』のオデット／オディール（2016年、バレエ団初演）、『ジゼル』のジゼル、マラーホフ版『眠れる森の美女』のオーロラ姫、リラの精、『ラ・シルフィード』のシルフィード、ベジャール『ザ・カブキ』の顔世御前、『ボレロ』のメロディ、『ギリシャの踊り』のハサピコ、『バクチIII』などがある。
バレエ団初演作品にマカロワ版『ラ・バヤデール』のニキヤ（2009年）、ベジャール『第九交響曲』（2014年）、ロビンズ『イン・ザ・ナイト』（2017年）、バランシン『セレナーデ』（2018年）、『海賊』のメドーラ（2019年）などがある。
2014年、自身初のプロデュース公演〈ジュエルズ フロム ミズカ〉でルイジ・ボニーノとの『チーク・トゥ・チーク』、また『レ・トロワ・ジムノペディ』『シャブリエ・ダンス』などを踊った。2018年の〈ジュエルズ フロム ミズカ II〉ではプティ版『ボレロ』、また、マルセロ・ゴメスとアロンソ版『カルメン』のアダージオなどを踊った。2009年、2012年、2015年、2018年には世界バレエフェスティバルに出演している。
ウラジーミル・マラーホフ、ジョゼ・マルティネス、マチュー・ガニオ、フリーデマン・フォーゲルをはじめ数々の世界的ダンサーと共演。東京バレエ団の海外ツアーでは、パリ・オペラ座ガルニエ宮、ミラノ・スカラ座、ウィーン国立歌劇場、ベルリン国立歌劇場ほか世界各地の劇場で主演。また、ミラノ・スカラ座に客演したほか、ベルリンでの〈マラーホフ・アンド・フレンズ〉、ハンブルクでの〈ニジンスキー・ガラ〉、ニューヨークでの〈YAGPガラ〉、ローザンヌ国際バレエコンクール40周年ガラなどに出演した。
令和3年度（第72回）芸術選奨文部科学大臣賞を受賞。また、それまでの芸術文化の分野における優れた功績を評価され、令和５年 秋の褒章で紫綬褒章を受章した。
2023年4月から東京バレエ団ゲスト・プリンシパルとして活動。
2023年2月に「令和3年度芸術選奨文部科学大臣賞受賞記念 東京バレエ団特別公演」として、自身の名を冠した〈上野水香オン・ステージ〉が東京で上演され、同公演は6月に川口、岡山でも実施。2024年3月には、「東京バレエ団創立60周年記念シリーズ4 上野水香 令和5年秋の褒章 紫綬褒章受章記念」として、〈東京・春・音楽祭〉で再び〈上野水香オン・ステージ〉と題して上演され、同公演は浜松、横須賀でも行われた。
