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TOKYOIDOLFESTIVAL等偶像活动以及多场LIVE演出。2015年通过NARUTO-ナルト-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。
写真偶像・伊藤优衣DVD《YuiTime》中,伊藤优衣尝试了五彩圆点图案比基尼,女仆装等多种造型,为大家展示了一个充满活力,年轻可爱的健康女生形象。特别是圆点比基尼造型的几组镜头,伊藤优衣本人表示很十分钟意：“头发梳成了两个高辫,特别喜欢。”另外,五官精致,脸仍不脱稚气的伊藤优衣还很喜欢中学生造型的一组镜头。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。”