東京都港区出身。川崎市立宮前平中学校→慶應義塾高校→慶應義塾大学文学部人文社会学科美学美術史学専攻卒業。愛称は「恵ちゃん、こいちゃん」。特技は中学時代からしているバスケットボール、英語。趣味はビリヤード。弟がいる。
芸能界入りのきっかけは、オーディション情報誌『月刊De-View』の誌上オーディションに応募し、写真が掲載された事で、アミューズから声が掛かり所属が決まった事である。
2005年、映画『パッチギ!』に出演し、話題を集めた。
2006年、『のだめカンタービレ』では、主人公のひとりである千秋真一（演：玉木宏）に恋する男子音大生・奥山真澄役を好演した。
2008年7月10日、TBS系列の連続ドラマ『ROOKIES』収録中、急性虫垂炎のため都内の病院に緊急入院して手術を受けた。
2009年9月出版の写真集『小出恵介by藤原江理奈DaysinIndia』では、自身初めてのフルヌードを披露した。
2009年11月公開の『風が強く吹いている』で映画初主演を務めた。
2010年7月7日主演映画の主題歌『シュアリー・サムデイ』で『巧(小出恵介)withシュアリー・スターズ』としてCDデビュー。
父親の仕事により小学校2年生から5年生までインドのニューデリーで暮らした。
かなりの映画好きで、高校生時代には自分で撮影をしており、映画監督の道を志す。
thebrilliantgreenの川瀬智子が好きでファンクラブに入っていた。
渡部篤郎の大ファンであり、ドラマ『ケイゾク』で渡部が着用していたコートを購入したことがある。『白夜行』では、渡部との共演を果たした。
女優の綾瀬はるか（共演作品は『白夜行』・『僕の彼女はサイボーグ』・『ROOKIES』・『JIN-仁-』）、戸田恵梨香（共演作品は『奇跡の動物園?旭山動物園物語?2006-2010（4作）』・『牛に願いをLove&Farm』）、香里奈（映画『恋空』・『牛に願いをLove&Farm』・『パレード』）、水沢エレナ（共演作品は『風が強く吹いている』・『JIN-仁-』・『奇跡の動物園?旭山動物園物語?2010』・『スイッチを押すとき』）、宮﨑あおい（共演作品は、映画『ただ、君を愛してる』・『初恋』・CM『SPITZRECYCLE』）と共演が多い。
俳優の桐谷健太と共演が多い。（共演作品は、『パッチギ!』・『僕の彼女はサイボーグ』・『ROOKIES』・『JIN-仁-』）
俳優の津川雅彦と共演が多い。（共演作品は、『奇跡の動物園～旭山動物園物語』シリーズ４作・『風が強く吹いている』・『ストロベリーナイト』）
好みの女性のタイプはボンドガール。
嫌いな食べ物はゴボウ。好きな食べ物はブルーチーズ、納豆。お好み焼きは広島風の方が好き。
同じアミューズの岡田義徳と親交があり、『笑っていいとも!』のテレフォンショッキングのコーナーでは岡田を紹介した。映画『キサラギ』の共演者（小栗旬、ユースケ・サンタマリア、塚地武雅、香川照之）とは、時々一緒にご飯を食べに行くことがある。ドラマ『ごくせん』で共演した俳優の速水もこみちとも仲が良い。映画『風が強く吹いている』『パレード』で共演した俳優の林遣都、藤原竜也とも仲が良く、ドラマ『WATERBOYS2005夏』『のだめカンタービレ』で共演した俳優の瑛太とはカラオケに行くほど仲が良い。
「牛の肛門会」という、ただ焼き肉を食べるだけの会に入っている（会の名前の由来は、ユースケがどの焼き肉店に行っても一品目を必ず「牛の肛門」と言うことから）。
『白夜行』で共演した山田孝之からは「先生」と呼ばれている。こう呼ぶのは山田孝之のみである。
川村陽介曰く、変わった癖は「顔面体操」で、映画『ROOKIES-卒業-』に「顔面体操」しているシーンが流れたらしい。本人曰く「顔の筋肉を動かして、リフレッシュさせるため」。
かなりお酒に強く、友人5,6人でシャンパン十数本（店の在庫全部のドンペリピンク小出曰く、「会計は全て俺が支払った」との事）を空けたことがある。
自ら認めるほどファッションセンスがなく、慶應大在学中には黒地に唐辛子のプリントが散りばめられているスウェットを穿いていたことから「唐辛子の彼」と呼ばれ、目立っていた。他にも同じく在学中に冬にゲタで登校したり（自分では冬に下駄を履くという事がカッコよく思えたかららしい）、原色に原色を重ねたりしていた。
現場入りする姿を、共演者の大沢たかおから「あまりにも軽い装い」と評された。（はなまるマーケットにて）
偶然にも最悪な少年（2003年9月、東映）
パッチギ!（2005年1月、シネカノン）-吉田紀男役
リンダリンダリンダ（2005年7月、ビターズ･エンド）-阿部友次役
初恋（2006年6月、ギャガ）-岸役
ただ、君を愛してる（2006年10月、東映）-関口恭平役
きみにしか聞こえない（2007年6月、ザナドゥー）-野崎シンヤ役
キサラギ（2007年6月、ショウゲート）-スネーク役
恋空（2007年11月、東宝）-福原優役
僕の彼女はサイボーグ（2008年5月、ギャガ）-W主演・北村ジロー役
ROOKIES-卒業-（2009年5月、東宝）-御子柴徹役
ごくせんTHEMOVIE（2009年7月、東宝）-日向浩介役
キラー・ヴァージンロード（2009年9月、東宝）
風が強く吹いている（2009年10月、松竹）-W主演・清瀬灰二役
のだめカンタービレ最終楽章（前編/2009年12月、後編/2010年4月、東宝）-奥山真澄役
パレード（2010年2月、ショウゲート）-良介役
シュアリー・サムデイ（2010年7月、松竹）-主演・喜志巧役
雷桜（2010年10月、東宝）-瀬田助次郎役
スイッチを押すとき（2011年9月、フェイス・トゥ・フェイス、リベロ）-主演・南洋平役