5 Temmuz 1982’de İstanbul’da doğdu. Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi, Sahne Dekorları ve Kostüm Tasarımı bölümünden mezun oldu. Üniversite eğitimi sırasında reklam filmlerinde rol aldı. Üniversiteyi bitirdikten sonra ise yönetmen Tomris Giritlioğlu sayesinde oyunculuğa başladı. 2004 yılında Çağan Irmak’ın yönettiği Çemberimde Gül Oya dizisinde Zarife karakterini canlandırarak tanınmaya başladı. 2005 yılında Aydın Bulut'un yönettiği Ihlamurlar Altında adlı dizide Bülent İnal ve Sinan Tuzcu ile başrolü paylaşarak çıkış yaptı. Aynı yıl Babam ve Oğlum adlı sinema filminde Aysun karakterini canlandırarak sinemaya adım atmış oldu. Asi adlı dizide Asi karakterini canlandırarak Murat Yıldırım ve Çetin Tekindor ile başrolü paylaştı. Aynı yıllarda Çemberimde Gül Oya, Ihlamurlar Altında, Asi gibi dizilerinin Arap televizyonlarında gösterilmesiyle Büyüküstün, Ortadoğu'da büyük bir üne kavuştu. 2013’te İlker Aksum ile birlikte başrolü paylaştığı 20 Dakika dizisindeki rolüyle 42. Uluslararası Emmy Ödülleri'nde En İyi Kadın Oyuncu kategorisine aday gösterilerek, Emmy'e aday olabilen ilk Türk oyuncu oldu. Daha sonra sinemaya ağırlık veren güzel oyuncu, Rüzgarın Hatıraları ve Dar Elbise filmlerinde rol aldı. 2016 yılında ise ünlü yönetmen Ferzan Özpetek'in İstanbul Kırmızısı filminde Halit Ergenç, Mehmet Günsür, Nejat İşler gibi oyuncularla birlikte başrolü paylaştı. 2011’de Paris, Fransa'da oyuncu Onur Saylak ile evlendi. 19 Ocak 2012 tarihinde ise Toprak ve Maya adlarında ikiz kızlarını dünyaya getirdi.