高校在学中の1965年、黒澤明監督の『赤ひげ』でデビュー（長女・黒澤和子が『りぼん』を定期購読しており、表紙のモデルをしていた内藤に黒澤明が目を付け、オーディションを受けるよう勧めたのがきっかけであり、最終選考に残ったメンバーには酒井和歌子がいた。実は最後まで内藤と酒井のどちらにするのか迷い、チーフ助監督など主要スタッフ数人の投票で決めようとしたものの、同数であったために決められず、最終的には2人の写真を長男・黒澤久雄に見せた結果、久雄の選んだ内藤に決まった。
1966年、『氷点』には辻口陽子役で出演。番組が高視聴率を続けたことで、遊覧コースとして観光バスが自宅前を通過する程の事態となった（しかも「あちらに見えますのは、ドラマ『氷点』で陽子を演じている内藤洋子さんのご自宅でございます」と紹介された）。主演の新珠三千代たっての共演であった。
恩地日出夫監督の『あこがれ』に主演し、ゴールデン・アロー賞などを獲得
歌手としても成功し、松山善三監督の『その人は昔』の挿入歌だった「白馬のルンナ」が50万枚の大ヒットとなった。
1つ年上の酒井とともに東宝からは「青春スター」と呼ばれて売り出された。「永遠の美少女」と評され、内藤のほうが早く売れた。が、1969年頃からは酒井のほうが人気を博すこととなった。
1970年、音楽家の喜多嶋と結婚して芸能界を完全引退。
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