Kikuchi fue la primera actriz japonesa en ser nominada a un Premio Óscar en cincuenta años por su papel de Chieko Wataya en la película Babel (2006), que le ha ganado fama internacional.
Ganadora del premio Gotham al mejor actor revelación, Kikuchi fue nominada al Globo de Oro y al Óscar a la mejor actriz de reparto.
Después de conocerse en 2009, Kikuchi mantuvo una relación de dos años con el director Spike Jonze, con quien residió brevemente en Nueva York.
Su segundo hijo nació a finales de 2018.
Ha aparecido también en varios anuncios comerciales en Japón.