2012年10月3日，佐藤大樹參演的首部電視劇《SUGARLESS無糖》播出。2014年4月27日，在甄選賽“EXILE PERFORMER BATTLE AUDITION”中合格，以舞蹈表演者身份加入EXILE；9月，隨組合參加巨蛋巡迴演唱會“EXILE TRIBE PERFECT YEAR LIVE TOUR TOWER OF WISH 2014 〜THE REVOLUTION〜”。2015年，參演了電視劇《狂野英雄》；10月21日，參演熱血動作電視劇《熱血街區》播出。2016年12月29日，結成FANTASTICS組合，並與世界共同擔任隊長。2017年6月，主演舞台劇《錆色護甲》開演。2018年，參演戀愛電影《橘子醬男孩》；8月1日，他參演的電影《君主！先發制人》上映；9月，主演電影《DTC-溫泉純情篇-from 熱血街區》；12月5日，隨組合FANTASTICS from EXILE TRIBE發行出道單曲《OVER DRIVE》。2019年4月5日，主演電影《四月的你、角宿星》上映。
2014年2月，參加EXILE表演者選拔賽“EXILE PERFORMER BATTLE AUDITION”。4月5日，MAKIDAI主演的電影《我們的明天》上映，這是佐藤大樹參演的首部電影。4月27日，他在日本武道館舉辦的“EXILE PERFORMER BATTLE AUDITION”總決賽中脫穎而出，並以舞蹈表演者身份加入EXILE。7月23日，隨組合推出單曲碟《New Horizon》，該單曲發售首周便售出14.7萬張，在當周的日本公信榜上排名第一。9月，隨組合參加EXILE TRIBE第二次巨蛋巡迴演唱會“EXILE TRIBE PERFECT YEAR LIVE TOUR TOWER OF WISH 2014 〜THE REVOLUTION〜”。同年，參演了松本利夫主演的電視劇《Binta～律師事務員箕輪用愛解決一切～》。11月29日，隨組合參加的“EXILE TRIBE PERFECT YEAR LIVE TOUR TOWER OF WISH 2014 〜THE REVOLUTION〜”演唱會拉開帷幕。EXILE
2015年，客串出演了電視劇《戰力外搜查官SP》。3月25日，隨組合推出EXILE“第四章”的首張專輯《19 -Road to AMAZING WORLD-》。4月19日，TAKAHIRO主演的日本電視台系列電視劇《狂野英雄》播出，佐藤大樹在劇中飾演高中生里島透。9月11日，組合的第四次巨蛋巡迴演唱會“EXILE LIVE TOUR 2015 ‘AMAZING WORLD’”拉開帷幕。10月21日，EXILE TRIBE全員主演的熱血動作電視劇《熱血街區》播出，佐藤大樹在劇中飾演山王聯合會的千晴。FANTASTICS from EXILE TRIBE
2016年4月，參演了電視劇《熱血街區2》。7月16日，EXILE TRIBE全員主演的熱血動作電影《熱血街區電影版》上映，佐藤大樹在劇中仍飾演山王聯合會的成員千晴。7月22日，隨組合參加《HiGH&LOW》項目主題巨蛋演唱會“HiGH&LOW THE LIVE”。10月，參演了TAKAHIRO、登坂廣臣、齋藤工主演的電影《熱血街區電影版2：紅雨篇》。12月29日，FANTASTICS組合成立，佐藤大樹並與世界共同擔任該組合的隊長。
2019年2月25日，隨組合FANTASTICS from EXILE TRIBE獲得“第33屆日本金唱片大獎”年度最佳新人獎。4月5日，佐藤大樹與福原遙共同主演的校園戀愛電影《四月的你、角宿星》上映。6月，他主演的舞台劇《錆色護甲 -繋ぐ-》開演。同年，主演短篇電影《その瞬間、仆は泣きたくなった －CINEMA FIGHTERS project－》其中的《魔女に焦がれて》篇，該電影是LDH和國際短片電影節“SSFF&ASIA”合作項目《CINEMA FIGHTERS project》的第三彈。10月4日，他參演的電影《熱血街區電影版：極惡王》上映。7月4日至7月7日，隨組合FANTASTICS參與EXILE TRIBE次世代“Jr.EXILE”的演出“BATTLE OF TOKYO 〜ENTER THE Jr.EXILE〜”。
身兼EXILE（放浪兄弟）組合成員和FANTASTICS from EXILE TRIBE組合隊長兩個身份的佐藤大樹，在試鏡電影《君主！先發制人》的女主角青梅竹馬虎竹這個角色時，一進入會場便得到了所有人的肯定，包括導演在內都認為他就是這個角色本人，和片中阿由葉和小葵相同，佐藤大樹有著能讓同性也喜愛他的魅力，他擁有新鮮感和與生俱來的純粹感，所以非常適合虎竹這個角色，同時也是個非常清爽的男孩子。（《君主！先發制人》評）
EXILE
FANTASTICS from EXILE TRIBE
2019その瞬間、仆は泣きたくなった －CINEMA FIGHTERS project－飾 《魔女に焦がれて》篇
2016-05-07ROAD TO HiGH&LOW飾 千晴
2014-04-05我們的明天飾 相原卓也
