高中时代曾经当过模特，
2003年开始配音活动，并于2004年放送的《DAN DOH!!》中首次主演。2008年获得第2回声优奖女声优部门新人奖。2009年冬天与RYO组成2人乐团“Crush Tears”，出现第一首曲“闪光の瞬き”。于2010年2月17日发表此曲。2010年Crush Tears组合增加2人，现变成四人乐团，新曲为动画“爆丸”相关曲“Communication Breakdown”此曲发售日期为7月7日。同年在Animelo Summer Live 2010 以“Crush Tears”名义演出“Astro Rider”以及“Communication Breakdown”。小林优2024年8月9日，参与配音的动画电影《蜡笔小新：我们的恐龙日记》上映。2025年1月9日，参与配音的动画《中年男的异世界网购生活》播出。10月6日，参与配音的银魂20周年纪念 番外篇《3年Z班银八老师》开播。10月6日，参与配音的电视动画《欢迎来到笑容不断的职场。》播出。
母亲是一位技艺娴熟的插花师傅。或许正是由于长期沉浸在花道所蕴含的谦和与礼法之中，她养成了对待万事万物都格外谦虚有礼的品性，在熟识的人们中间，她的平易近人是众所周知的。即便是对待同龄乃至比自己更为年轻的同事，她也习惯在对方的名字后面恭敬地加上“～さん（先生/小姐）”的敬称。然而有趣的是，对于年长自己一岁的中原麻衣，她却亲昵地称呼为“まいたん”。她时常会沉浸在自己的思绪里，以至于在某一集中完全忽略了周遭环境，甚至曾因为边走路边思考而一头撞上路边的电灯柱。在进行广播节目时，她几乎每次都会不经意地让手或头碰到麦克风，并且总是全身心投入到节目设置的游戏环节中，常常无意识地发出专注的喘气声。她非常喜爱烹饪，家中备有自制的糠床（一种由米糠和盐混合发酵而成的基底，是制作日式糠渍腌菜的主要原料），时常用来腌制各种风味独特的糠渍小菜。为了精进自己的配音与歌唱技巧，她经常独自一人前往卡拉OK进行长时间的练习。当初在确定将参与《魔法老师》的演出后，小林优便开始学习剑道，不过现在看来这项修习似乎已经搁置了。她格外喜爱兔子这种动物，过去也曾亲自饲养过一只，并为其取名为Nono（ノノ）。此外，她似乎对于自己在漫画中所饰演的角色刹那戴上兔耳进行角色扮演的形象感到十分满意。在为《银魂》中的猿飞菖蒲进行配音工作时，她曾非常认真地强调说：“菖蒲是个很正常的角色。”不仅如此，她还曾与父亲一同观看《银魂》，此举被共事的阪口大助调侃道：“《银魂》这种动画可是不太适合和父母一起观看的啊~~”。她在绘画方面的能力相当有限，无论尝试画什么，最终都会演变成极具个人特色的独创作品，因此也被大家戏称为“画伯”（意为大画家）。在参加《进击的巨人》制作发表会时，她展示了自己的画作。直至2017年12月29日，她正式对外宣布了结婚的喜讯，结婚对象是一位普通的男性。
在备受瞩目的《CSI犯罪现场调查》系列剧集中，第二季与第三季均延续了由角色“シンシア”（辛西娅）所代表的严谨而充满戏剧性的叙事风格，深入展现了犯罪现场调查小组如何运用尖端科技与缜密逻辑破解一系列复杂案件。与此同时，另一部风格独特的剧集《玩偶特工》也推出了其精彩的第二季，这一季中，角色“ベネット・ハルバーソン”（贝内特·哈尔伯森）的塑造更为丰满，其个人故事线与团队行动紧密交织，进一步拓展了该系列关于身份、记忆与使命的核心主题。这些剧集不仅丰富了各自系列的故事宇宙，也为观众提供了持续不断的悬念与思考。
死神姬的再婚（爱莉西亚）GIRL FRIENDS（杉山里子）悪魔のミカタ（小鸟游恕宇）里スクールランブル 二学期 ～姫の帰还!～ 收录‘ルチャドール’（ララ・ゴンザレス）貘狩り（先生、女子生徒）玛莉亚狂热（祇堂鞠也）魔法先生ネギま! 声のクラスメイトシリーズ 11月:武道四天王（桜咲刹那）魔法先生ネギま! 辉く君へ（桜咲刹那）魔法先生ネギま! ハッピー☆マテリアル（桜咲刹那）魔法先生ネギま! 圣なる空の下で（桜咲刹那） - イベント限定贩売CD魔法先生ネギま! ドラマCD Vol.2（桜咲刹那）落语天女おゆいキャラクターソングス Searchin'for（千石凉）1000%SPARKING!（アニメ‘ネギま!?’オープニングテーマ）Saint October Wheel of fortune（圣三笑）sket dance1、2（结城澪呼）纯情ミステイク（朝比奈薰（幼年））圣斗士星矢 圣斗少女翔（邪神厄里斯）デルフィニア戦记 シェラと西离宫の日々（シェラ）タイガーマスクW×湘南乃风オリジナルシナリオドラマCD（Miss X）
主持人：加藤英美里、福原香织
小林ゆうのぷち・どっとあい（インターネットラジオ：2005年3月）麻帆良学园中等部2-A・ヒミツの放课后（インターネットラジオ：2005年8月～2006年1月）麻帆良学园中等部2-A・ヒミツの放课后 Part2 1学期（インターネットラジオ：2006年3月～7月）小岛幸子と小林ゆうの日本桥天女放送局（TE-A room：2006年1月～5月）RADIOアニメロミックス ～ひぐらしのなく顷に编～（文化放送他：2006年11月～12月）RADIOアニメロミックス ～ひぐらしのなく顷に こぼれ话编～（Animate TV：2006年11月10日～2007年1月5日）ゴスロリ少女探侦団ラジオ日志（音泉：2007年3月～11月27日）ゴスロリ少女探侦団ラジオ日志～ロリ真剣！超オクト场～みんなで游ぼうエルダイスの地図（アニメイトTV：2014年6月24日 - 7月15日）周刊 小林ゆう（ラジオ日本：2014年8月1日 - 2017）EMERGENCY the RADIO（超!A&G+：2014年10月10日 -2017）
魔法先生ネギま! 麻帆良学园中等部2-A:一学期特典DVD麻帆良学园中等部2-A:入学式魔法先生ネギま! 麻帆良学园中等部2-A:三学期特典DVD 麻帆良学园中等部2-A:二学期终业式魔法先生ネギま! 麻帆良学园中等部2-A:ホームルーム魔法先生ネギま! 麻帆良学园大麻帆良祭Animelo Summer Live2009Animelo Summer Live2010 -evolution-魔法老师ネギま!Princess
在《周刊少年Magazine》连载的知名作品《魔法先生ネギま!》，其连载期涵盖了从2006年12月开始的多个月份。此外，该作品还曾于2011年参与了“AOMORI ROCK FESTIVAL 2011”的音乐节活动，并为此专门制作了宣传广告片。官方推出的趣味读物《魔法老师！Offical Funbook“ネギパ!”》中也收录了丰富的相关内容。在单行本发行方面，作品每一集的末尾通常会附有精心绘制的下回预告插画，例如在《魔法老师!》第16集限定版中，就特别附赠了详细的学生名册以及作者亲笔绘制的精美插页。这些插画作品也时常在《周刊少年Magazine》杂志上同步刊登，作为对###BOOKTITLE_1###故事的延伸与补充，持续吸引着广大读者的关注与喜爱。
『Lovin' Yu 』（シンコーミュージック、2008年、ISBN978-4-401-62269-6、Extra DVD付）所附带的DVD内容，主要收录了与名为弗洛拉的宠物犬共同拍摄的温馨影像片段。而另一本作品『2♥1♥』（小学馆、2010年、ISBN 978-4-09-103087-0、Extra DVD付）则采用了独特的双面可逆式设计，实质上是一本以声优小林ゆう与乐队YU（Crush Tears）为主题的精美写真集。书中不仅刊载了丰富的摄影作品，还特别收录了小林ゆう与YU之间的深度对谈，以及小林ゆう本人回答上百个问题的“百问百答”趣味栏目。此外，随书附赠的DVD详细记录了写真集拍摄过程中的幕后花絮与现场实况，为读者提供了更为立体和生动的观赏体验。
2022年5月20日，参与配音的真人电影《霸权动画！》上映。