2011年8月、アイドルグループ「乃木坂46」の1期生オーディションに合格し、芸能界入り。12年2月に同グループの1stシングル「ぐるぐるカーテン」でCDデビュー。同年8月リリースの3rdシングル「走れ！Bicycle」では、シングル表題曲を歌う選抜メンバーに初選出された。13年、TVドラマ「BAD BOYS J」のレギュラーキャストに名を連ね、同年公開の「劇場版 BAD BOYS J 最後に守るもの」にも出演。15年公開のホラー映画「アイズ」では主演を務めた。「乃木坂46」内でも個性的なファッションやイラストなどのセンスに定評があり、17年10月に個展「伊藤万理華の脳内博覧会」を開催。これを機に同年12月、グループから卒業した。19年、「映画　賭けグルイ」に出演。