Попав стажером в агентство, он стал одним из 12-ти участников в группе под названием "Skate Boys". Они выступали в качестве подтанцовки известной тогда музыкальной группы "Hikaru Genji".
В 1988 году агентством была образована новая поп-группа SMAP, которая состояла из 6-ти участников: Накаи Масахиро, Инагаки Горо, Мори Кацуюки, Кусонаги Цуеши, Катори Шинго, в нее же вошел и Кимура Такуя. В дальнейшем Мори Кацуюки покинул группу, выбрав карьеру автогонщика. В 1991 году вышел их первый сингл "Can't Stop!! ~Lovin", который вызвал неоднозначную реакцию публики. А первый концерт прошел почти при пустом зале.
1993 год можно считать годом прорыва для Кимуры и SMAP. После стольких лет участия в малобюджетных дорамах, Кимура получил роль в сериале Asunaro Hakusho, основанном на манге, который быстро стал хитом. А SMAP выпустил сингл $10, который быстро завоевал популярность. В 1994 году многие молодые люди стали копировать стиль Кимуры, это явление в масс-медиа прозвали "Kimutaku Syndrome". В 1995 году Такуя сыграл в фильме Kimi o Wasurenai. А в 1996 получил главную роль в сериале "Долгие каникулы". В этом же году было запущено телевизионное шоу SMAPxSMAP.
А Кимура продолжал оставаться самым востребованным актером в сериалах: с его участием вышли дорамы "Дар" и "Зарождение любви" (1997), "Жизнь прекрасна" (2000), "Герой" (2001), "Удачи" (2003). В 2000 году кумир молодежи объявил о своей женитьбе. Избранницей стала актриса, певица и модель Кудо Сидзука. На момент объявления помолвки, Сидзука была уже беременна.
В 2004 году Кимура снялся в фильме Вонга Кар-Вая "2046" в качестве приглашенной звезды. Фильм был одним из номинантов на Каннском фестивале. Он также заработал множество наград на фестивале Golden Horse Film в 2004: Best Art Direction, Best Original Film Score. И на Гонконгском кинофестивале в 2005 году: Best Cinematography, Best Costume Design and Make-Up, Best Art Direction, Best Original Film Score. В 2005 году Кимура озвучил Хаула, персонажа из мультфильма Миядзаки Хаяо "Ходячий замок".
В 2006 году Кимура снялся в фильме "Любовь и честь" режиссера Ямада Ёдзи, релиз которого состоялся в декабре 2006 года. Тогда же он получил награду Japan Academy Prize в номинации Лучший актер. Тем не менее, ему пришлось от нее отказаться по настоянию своего агентства.
В 2007 году Кимура принял участие в юбилейной дораме Karei-naru Ichizoku, посвященной 55-летию канала TBS. Продолжая свой успех, в 2008 году Такуя закончил съемки в международном проекте "Я прихожу с дождем".
В 2010 году Такуя снялся в фантастическом блокбастере по мотивам популярного аниме-сериала "2199: Космическая одиссея или Звездный крейсер Ямато".