子役時代
平成6〜
千葉県に生まれる
「個性的に育ってほしい」という母の願いから「さいり」と名付けられた。特技はダンスで、当初はダンサーを志望していた。
ダンスコンテストで相次いで優勝
「ALL Japan Dance Contest」東京予選、「サンリオダンスコンテスト」キッズ部門でそれぞれ優勝。ダンサー志望の少女として頭角を現した。
— ドラマ『14ヶ月〜妻が子供に還っていく〜』でデビュー
日本テレビ系列のドラマで、演技未経験のまま体が少女に若返ってしまう女性研究員という難役を演じてデビュー。この難役をやり遂げたことが足がかりとなり、以後20年以上途切れることなく出演が続く女優キャリアの土台となった。
『みんな昔は子供だった』『女王の教室』に出演
フジテレビ系列、日本テレビ系列のドラマに相次いで出演し、子役として着実にキャリアを積んだ。兄はのちにお笑いコンビ「オズワルド」のツッコミとなる伊藤俊介。
『Lost Harmony』などに出演
子役から10代後半へと差し掛かり、映画・ドラマへの出演を重ねながら次のステップを模索する時期を過ごした。
移籍と下積み
平成24〜
アルファエージェンシーへ移籍
それまで所属していたエイベックス系列の事務所から独立し、以降現在まで所属を続ける現事務所へ移籍した。
映画『悪の教典』に出演
伊藤英明主演の話題作で永井あゆみ役を演じ、映画出演の幅を広げた。
『トランジットガールズ』でテレビドラマ初主演
フジテレビ系列のドラマで佐久間由衣とダブル主演を務め、テレビドラマでの初主演を果たした。
『全員、片想い』で映画初主演
オムニバス映画のうち「MY NICKNAME is BUTATCHI」で映画初主演を務めた。
映画『獣道』主題歌で歌手デビュー
出演した映画『獣道』の主題歌でラップに挑戦し、歌手としてもデビュー。演技以外の表現にも幅を広げた。
『ナラタージュ』『blank13』など映画出演が続く
若手女優として映画界での存在感を強めていった時期。
助演女優として評価を確立
平成30〜
— 『寝ても覚めても』『パンとバスと2度目のハツコイ』で高評価
2月17日公開の『パンとバスと2度目のハツコイ』、5月のカンヌ国際映画祭出品(9月1日日本公開)の濱口竜介監督作『寝ても覚めても』などでの演技が高く評価され、同年の第10回TAMA映画賞最優秀新進女優賞を受賞。これを機に映画賞の助演女優賞を毎年のように受賞する存在となり、実力派としての評価を確立していく。
ヨコハマ映画祭助演女優賞、東京国際映画祭東京ジェムストーン賞を受賞
『寝ても覚めても』『榎田貿易堂』でヨコハマ映画祭助演女優賞、『タイトル、拒絶』で東京国際映画祭の若手俳優を対象とした東京ジェムストーン賞を受賞。
映画『生理ちゃん』が公開
生理を擬人化した異色の原作を実写化した話題作に出演。翌年の日本映画批評家大賞助演女優賞につながる演技を見せた。
『映像研には手を出すな!』などでギャラクシー賞テレビ部門個人賞
『映像研には手を出すな!』『これは経費で落ちません!』『全裸監督』ほか複数作品への出演がまとめて評価され、第57回ギャラクシー賞テレビ部門個人賞を受賞。第45回エランドール賞新人賞（受賞は2021年）、第63回ブルーリボン賞助演女優賞（『劇場』『十二単衣を着た悪魔』『ホテルローヤル』、受賞は2021年）にもつながる充実期となった。
主演級への手応え
令和3〜
『大豆田とわ子と三人の元夫』でナレーションを担当
持ち味であるハスキーボイスを生かしたナレーションが、JBpressの記事で「唯一無二の武器になったハスキーボイスのナレーション」と評され、演技以外の武器としても認知されるきっかけとなった。
『ミステリと言う勿れ』で月9ドラマに出演
菅田将暉主演のドラマで刑事役に初挑戦。11年ぶりの月9出演で、共演した菅田とは2011年の月9ドラマ『大切なことはすべて君が教えてくれた』で生徒役として共演して以来の再共演となった。
劇場アニメ『すずめの戸締まり』に声優として出演
新海誠監督の大ヒット作品に声の出演を果たし、活躍の場をアニメーションにも広げた。
第31回橋田賞新人賞を受賞
積み重ねてきたドラマ出演が評価され、テレビドラマの分野での新人賞を受賞した（4月1日発表）。
朝ドラ主演、そして現在
令和6〜
— NHK連続テレビ小説『虎に翼』で朝ドラ初主演
日本初の女性弁護士・裁判官をモデルにした主人公・猪爪寅子を演じ、朝ドラ初出演にして初主演という大役を務めた。長年助演で評価を積んできた実力が朝の連続テレビ小説という幅広い層に届く場で広く知られるきっかけとなった。
『虎に翼』の演技でVOGUE JAPAN THE ONES TO WATCH選出
放送終了後、VOGUE JAPAN THE ONES TO WATCH 2024に選出（10月29日発表、11月8日授賞式）。
第121回ザテレビジョンドラマアカデミー賞主演女優賞受賞
『虎に翼』の演技で第121回ザテレビジョンドラマアカデミー賞主演女優賞を受賞（11月22日発表）。
劇作家・演出家の蓬莱竜太と結婚
同じ事務所に所属する劇作家・演出家の蓬莱竜太と2024年末に入籍。2025年1月1日、一部メディアが交際中の脚本家・蓬莱竜太との今年中の結婚を報じると、伊藤は同2日に自身のX（旧Twitter）で「結婚発表はしてません！」と一旦否定。その後1月4日、伊藤本人が自身のインターネットラジオ番組とSNSで結婚を報告・発表した。
『第75回NHK紅白歌合戦』で初の司会を務める
有吉弘行・橋本環奈・鈴木奈穂子アナウンサーとともに司会を担当。この年の連続テレビ小説の上期ヒロインとして、下期ヒロインの橋本環奈と共に司会に立ち、上下両期のヒロインが揃って司会を務めるのは史上初となった。
『虎に翼』で橋田賞・日刊スポーツドラマグランプリ・放送文化基金賞など受賞が続く
第33回橋田賞（4月6日発表）、第28回日刊スポーツ・ドラマグランプリ年間大賞主演女優賞、第51回放送文化基金賞演技賞（7月9日贈呈式）など、『虎に翼』の演技が数々の賞に評価された。
映画『風のマジム』で主演
原田マハ原作、沖縄・南大東島でラム酒づくりに挑む女性を演じた実話ベースのサクセスストーリー。沖縄県先行公開（9月5日）を経ての全国公開だった。
映画『爆弾』が公開
山田裕貴主演のリアルタイムサスペンスで、相棒の矢吹（坂東龍汰）とともに爆弾捜索に奔走する巡査・倖田沙良役を演じた。
第39回高崎映画祭最優秀主演俳優賞（『風のマジム』）
『風のマジム』での演技が評価され、最優秀主演俳優賞を受賞（1月8日発表、授賞式は3月22日）。
— 『虎に翼』が2027年に映画化決定
完全オリジナルストーリーによる劇場版『虎に翼』で寅子役を続投することが発表された。NHK連続テレビ小説の映画化は「すずらん」以来27年ぶり、ドラマからの主演続投による映画化は朝ドラ史上初となる。朝ドラ主演から2年を経てなお映画で寅子役を続投するという異例の抜擢は、代表作としての評価が一過性でなく定着していることを裏付けるものとなった。
映画『クレヨンしんちゃん』最新作に声優としてゲスト出演するなど、活動の幅を広げ続ける
2026年7月31日公開の劇場版『クレヨンしんちゃん 奇々怪々！オラの妖怪バケ〜ション』に、九尾の狐の妖怪・やこ役で声の出演。2027年公開予定の劇場版『虎に翼』も控え、実力派女優としてさらなる活躍が期待されている。
