在日本福岛县出生并长大，从福岛县立远野高中中途退学、转到千代田高中并毕业，到短期大学期间一直住在大阪府的亲戚家里。在大阪千代田短期大学幼儿教育学科在读时，考取了幼儿园教育的两种资格证书和在社会福利主任执照。一直戴隐形眼镜。

1999年，作为朝日啤酒的形象代言和杂志《CanCam》的专属模特进行工作。还做过资生堂化妆产品、Cyoya梅酒等的电视广告  。

2000年，以女演员身份出道，演出单集电视剧《らぶちゃっと（LOVE CHAT）》。同年7月1日，出演了富士电视台爱情喜剧《午餐女王》  ，同年10月12日出演电视剧《恋爱症候群》  。

2002年6月8日，出演了个人的首部电影作品《模仿犯》  。同年7月，出演香港恐怖电影《The Snows（白发鬼）》和电影《ダメジン（废柴三人组）》。

2003年1月18日，出演了悬疑电影《黄泉がえり（黄泉路）》  ，同年1月25日，出演恐怖电影《呪怨（咒怨）》剧场版[10]  。同年7月19日，出演电影《ナインソウルズ（逃狱九人组）》。

2004年11月13日，首次主演了电影《海猫》，在戏中挑战尺度的演出，使她开始在影视界受注目，并凭借此片获得第29届エランドール赏新人奖，和日第28届日本学会奖新人奖。同年底出任《第43届日本唱片大奖颁奖典礼》司仪 。

2005年，担任资生堂"マキアージュ"产品的初代代言人。同年3月19日，出演电影《いぬのえいが（狗狗心事）》。同年6月4日，出演电影版《电车男》，扮演一位年轻女性。同年7月7日，首次主演电视剧，在电视剧版《电车男》[2]  中扮演女主角爱马仕小姐，该剧创造了超过20%的平均收视率，并凭借此片获得第43届日本金箭奖电视剧播放奖。接着主演了下一季的电视剧《危险姐姐》[12]  ，达成了连续主演富士电视台电视剧的目标。在年底日本多项统计都显示，她在日本女演员中好感度都排行第一。同年8月27日，出演电影《钓りバカ日志16 浜崎は今日もダメだった（钓鱼迷日记16）》。

同年9月，与陈柏霖、李小璐共同出演了爱情电影《アバウトラブ/関於爱（恋爱地图）》[14]  ，同年12月召开了首次fans活动。

2006年3月17日，开设了BLOG "Twinkle Girls"。同年7月1日，出演了电影《ダメジン》。同年7月10日，主演爱情电视剧《恋爱补给品》[15]  。同年11月18日，出演了电影《椿山课长の七日间（椿山科长的七天）》[16]  。

2007年6月16日，主演了电影《ラストラブ（最后的爱）》。同年7月5日，与深田恭子共同主演富士电台电视剧《山おんな壁おんな（峰女壁女）》[17]  。同年8月25日，出演了电影《Life 天国で君に逢えたら（如果能在天堂与你相遇）》。

2008年1月11日，主演TBS电视台电视剧《エジソンの母（爱迪生之母）》 。同年7月4日，在朝日电视台电视剧《ロト6で3亿2千万円当てた男（从天而降的三亿二千万）》的第1集中客串。

2009年3月30日，出演了单集剧《世界奇妙物语2009年春季特别篇》  。

2010年女儿出世，随后选择隐退专心照料孩子，但在其所属事务所的收费网站“研音Message”上，伊东不断更新日记向会员报告近况 。

2014年5月，在アメブロ上开通了官网博客"伊东美咲オフィシャルブログ" 。

2009年11月18日伊东美咲和京乐产业槺旧萍蜕绯そ峄椋⒂谌毡臼奔5日在美国夏威夷举行了结婚仪式。结婚仪式上，伊东身穿好友神田宇野设计的婚纱走上红地毯。神田宇野和白石美帆等好友、以及两家的亲朋共约100多人参加了婚礼。

2010年3月15日，在官方网站上公布怀孕六个月的消息。同年6月27日，伊东美咲生下了一个健康的女婴，这是她和老公槺旧萍蜕绯さ牡谝桓龊⒆樱缸泳病nbsp;

2015年3月通过所属事务所宣布怀上二胎，怀孕已有6个月，而家中此次子的预产日竟与长女生日是同一天，这也令她特别欣喜[22]  。同年6月23日诞下第二个孩子，男孩。

伊东美咲是由日本EA挑选专门为007作品造势的女星。之所以选择伊东美咲，是因为看中她漂亮的脸蛋和魔鬼般的身段，此外，伊东美咲充满智慧的眼神也是打动日本EA的主要原因。MGM的行政人员同样十分喜欢这位形象气质俱佳的美女。伊东美咲是一位在日本小有名气的模特，以性感著称，在日本不少年历上都有身着比基尼的伊东美咲。

伊东美咲以模特儿身分出道，精致五官、高挑身材再加上出众气质，让她成为日本、台湾粉领族的时尚指标。在日剧《电车男》中，她演活剧中气质千金“爱马仕小姐”，每当她出现时，画面仿佛出现亮晶晶特效，宛若天仙，不但一举成为男士理想梦中情人，她的时尚观更引起日本粉领族的模仿风潮，数度在媒体及杂志举办的‘美肌名人’、最想模仿女艺人等民调中拔得头筹。