在原宿被星探挖掘，获得了进入演艺圈的契机。
2010年，凭借着电影《告白》在荧幕上出道。并从原来的事务所フィットワン转移至サンズエンタテインメント。
2012年8月，在NICONICO开设了自己的社区『ちゃんゆいの広场♪』，开始了自己的直播。2012年9月，出演NICONICO直播的节目『超アニメ系微少女ユニット养成所』之后的『金曜7时はキラリラハート！』。并以“ちゃんゆい”的身份作为『超アニメ系微少女』组合KiraLyraHeart的成员活动着，参与了TOKYO IDOL FESTIVAL等偶像活动以及多场LIVE演出。 2015年通过NARUTO -ナルト-（火影忍者舞台剧）扮演女主角春野樱为中国国内粉丝所熟知。
2019年6月30日离开曾所属事务所サンズエンタテインメント。于2019年7月1日起以自由艺人的身份进行活动。
伊藤优衣的魅力在于大大的眼睛和一双美腿。她表示未来的目标是成为女演员。她说：“我的目标是宫崎葵和上户彩。”