1939年〜現在に至る。
東京府東京市日本橋区出身。（現在の東京都中央区日本橋）父は建築家。母親は日本画家の森美子。幼少期から絵を描くことが好きで他にバレエ・ピアノを習う。桜蔭学園卒業後、ハワイに留学しモロカイ・ハイスクールに入学。1965年NHKの「たのしいきょうしつ」に出演し透明アクリルボードに歌いながら両手でイラストを描くといったパフォーマンスで有名になる。「あどちゃん」の愛称で呼ばれ女優や歌手としても活躍し、「ひみつのアッコちゃん」や「Dr.スランプアラレちゃん」など国民的アニメの主題歌を歌っている。劇団未来劇場では役者の他にイラストを担当する。1994年長野県松川村の信濃松川美術館に水森亜土館が併設された。2003年には亜土ちゃんグッズ専門店がオープン。2010年東京・弥生美術館で「水森亜土展」を開催。
2023年に「水森亜土のカワイイ世界展」が各地で開催されている。