藤子不二雄の影響を受け、小学生のころより漫画を描き始める。17歳で『週刊少年サンデー』（小学館）に投稿、佳作に入選する。大学在学中の1994年、『点の領域』でアフタヌーン四季賞の四季賞を受賞。『月刊アフタヌーン』（講談社）に掲載されデビューとなる。以後、読み切り作品を集めた『陽炎日記』、連載作品『四年生』、『五年生』と、一貫して大学生活を題材にした作品を発表。「陽炎日記」のあとがきでほのめかしているように、初期はほぼ全ての作品が、作者の恋愛体験をほぼそのままモチーフにした、大学入学から就職後までを含めた男女の生々しい恋愛体験を描いている。
2002年より連載されたオタク系大学サークルをコミカルに描いた『げんしけん』でも、オタクと「一般人」の感覚の違いをリアルに描くという作風は続く。しかし連載後半にはややライトな作風へと転じていき、キャラクター同士のかけあいが中心的になっていく。一時、高野文子の「二の二の六」でアシスタントをしていた。
また2006年には『くじびきアンバランス』のみ人物設定などを変更して再度テレビアニメ化。そのコミカライズ作品も2006年から2007年まで『月刊アフタヌーン』誌で連載され、ネームを木尾自身が手がけている（作画は小梅けいと）。2007年には『げんしけん』が再び単独でテレビアニメ化。これら2作のアニメ作品では一部脚本も手がけている。
2008年『月刊アフタヌーン』7月号から2010年同誌8月号まで、双子の18歳の姉妹が赤ん坊の養育に奮闘する様子を描く子育て漫画『ぢごぷり』を連載。
2010年『月刊アフタヌーン』2月号に「アニメ『げんしけん2』DVD-BOX発売記念特別読み切り」として、『げんしけん』の後日談（第56話）が掲載され、2010年12月号から読み切り版のつづき（第57話 - ）となる『げんしけん -二代目-』が期間限定で連載再開。2013年には、シリーズ三度目のテレビアニメ化。
2023年より、オリジナルの成人向け同人誌『ぜんぶ、せんせいのせい。』シリーズをデジタル同人形式で発表。2024年からはダスッ!より実写アダルトビデオ化も行われている。
