山田優は1995年に沖縄アクターズスクールに合格後、B.B.WAVESのメンバーとして、沖縄テレビの「BOOM BOOM」やNHK BS-2の「ミュージック・ジャンプ」などに出演していました。
14歳の時には沖縄アクターズスクール・B.B.WAVES出身の屋宜由佳・伊敷優香の女性3人組で、ダンス・ポップ・ユニット「y'z factory(ワイズ ファクトリー)」を結成し、1999年10月に「y'z factory」のメインヴォーカルとしてデビューしました。
「y'z factory(ワイズ ファクトリー)」シングル6枚・アルバム1枚をリリースしましたが、ヒットすることなく2002年1月31日にグループを解散しています。「CanCam」のモデルとして有名な山田優ですが、モデルデビューのきっかけは、2000年に「y'z factory」として活動していた傍ら、街でスカウトされたことがきっかけだそうです。
その後、小学館発行のファッション雑誌「CanCam」の専属モデルとして活動開始して、蛯原友里・押切もえと共にCanCam人気モデル3トップとして、一気にブレイクしました。
山田優はモデル以外にも女優・タレント・歌手としても活動にウェートを置いています。2003年から「はF1グランプリ」キャスターも務めています。2004年には桂由美のブランド・モデルとして、パリコレデビューを飾り、2005年10月からオンエアされた、矢沢あい原作の人気アニメ「Paradise Kiss」(通称:パラキス)の主役・早坂紫(ユカリ)の声を担当し、初の声優も努めています。
また、2005年には音楽バラエティ番組「ミンナのテレビ」において、和田アキ子・松本潤・松浦亜弥らとともに番組に出演し、歌やダンスなどさまざまな特技をアピールしました。
山田優には弟がいます。名前は山田親太朗(しんたろう)です。2006年7月にモデルとしてデビューをしています。山田優は三人姉弟の長女(第一子)で、山田親太朗はすぐ下の弟(長男)で、もうひとり弟(次男)がいます。実母の山田美加子は初代「ミス沖縄」だったそうです。