生于石川县金泽市。成蹊大学法学专业毕业后因就业困难选择临时打工。1975年结婚后一边打工一边学习创作。

1984年参加三丽鸥浪漫奖评选，《爱情走向》入选佳作，正式登上文坛。此后一段时期以创作浪漫文学、青春小说为主。1993年开始涉足推理小说领域，同年，其作品《打在脸上的雨水》被誉为日本首部女性硬汉派侦探小说，并获第39届江户川乱步奖，一跃成为一线作家。桐野的推理小说从女性视角看待犯罪，看待社会问题。她笔下的主人公多为女性，叙事冷静，以描写女子阴暗心理著称。

1998年，《OUT》获日本推理作家协会奖。此后获奖不断，主要包括第121届直木三十五奖（《柔软脸颊》1999）、第31届泉镜花文学奖（《恐惧》2003）、埃德加奖最佳作品提名（《OUT》2004）、第17届柴田炼三郎奖（《残虐记》2004）、第5届妇人公论文艺奖（《萌生吧！灵魂》2005）、第44届谷崎润一郎奖（《东京岛》2008）、第19届紫式部文学奖（《女神记》2009）、第17届岛清恋爱文学奖（《有什么》2010）、第62届读卖文学奖（《有什么》2010）等。2015年获紫绶褒章。