1986年，6岁的伊藤步就开始从事了杂志模特的工作；1989年，9岁的她开始学习古典芭蕾。
1993年，伊藤步通过参演大林宣彦执导的奇幻电影《水的旅行者》中以演员身份正式出道。
1996年，伊藤步在岩井俊二执导的文艺电影《燕尾蝶》中饰演了倔强的少女“凤蝶”一角，当时16岁的她凭借在该片中的不俗表现获得了第20届日本电影学院奖优秀助演女优奖和最佳新人奖。1997年，参演日高圭智主演的治愈系电影《夏天的大人们》。
1998年，伊藤步出演了今村昌平执导的历史战争片《肝脏大夫》；同年还加盟了竹野内丰主演的哲理剧《世纪末之诗》的最终集。
1999年4月，与广末凉子、池胁千鹤、小池荣子等人联合出演野岛伸司编导的社会剧《唇膏》，饰演被关在少年收容所的少女之一；同年还参演了音乐喜剧电影《自傲的喉咙》。
2001年，伊藤步再次出演岩井俊二的执导的文艺《关于莉莉周的一切》，在影片中为配合角色剧情将头发全部剃光变成光头，引起当时话题度；9月，伊藤步与村上淳联合接拍了“”ジャックスカードCM的一系列广告；同年，伊藤步还与原“JUDYANDMARY”组合中的歌手YUKI、CHARA，以及另外两名歌手YUKARIE，地胁真由美四人结成了五人音乐组合“MeanMachine”，并以“AYUMI”的名义活跃在组合中。该组合的首张单曲《スーハー》被选为朝日电视台东京国际马拉松、福冈国际马拉松、全日本大学长距离接力赛跑校订锦标赛的电视节目的印象曲，这首单曲包括2张CD碟与一本照片集。
2002年4月，在中山裕介主演的喜剧《婚礼策划人》中饰演婚姻策划公司的职员“相沢くるみ”。2003年，参演妻夫木聪主演的温情电影《再见！小黑》。
2004年2月，与大竹忍联袂出演了喜剧电影《猫头鹰》，并在片中挑战了裸体镜头；3月，伊藤步第三度加盟岩井俊二执导的文艺片《花与爱丽丝》；6月，搭档吉泽悠联合出演的喜剧电影《有信仰的人》在日本首映；同年，伊藤步还参演了大林宣彦执导的悬疑剧情片《理由》。
2005年，伊藤步主演了时代电影《谢幕》，饰演杂志编辑者“桥本香织”，这也是其出道以来首次担任电影的主演；10月，加盟了铃木京香主演的时代剧SP《青春之门筑丰篇》。
2006年，与中国演员苗圃、吴启华联袂出演张加贝执导的惊悚恐怖电影《陶器人形》，并在片中扮演男主角富明的女佣“林辉”；同年4月，与市原隼人、井上真央、柄本佑联袂出演的青春群像电影《夏日的冲绳》在日本上映。
2007年2月，伊藤步从原本所属humanite事务所移籍到anore事务所；4月1日，再次与村上淳合作“エースプロテカprotecA”广告的「NEWTRAVEL」篇；接着，与小田切让、树木希林等人合作的温情亲情电影《东京塔》在日本首映；同年，与中国演员张震、张艾嘉、李雪健联袂出演田壮壮执导的人物传记影片《吴清源》，并在该片中扮演了吴清源的妻子“中原和子”；此外，伊藤步还参演了神木隆之介与大后寿寿花联合主演的青春电影《消失在远空中》，在该片中扮演了一名小学教师。
2008年8月，参演的剧情片《东京！》在日本上映，该片是米歇尔·冈瑞、莱奥·卡拉克斯、奉俊昊3名知名导演以东京的街道为舞台而拍摄的集锦片；10月18日，伊藤步受邀出席了第21届东京国际电影节的开幕式；11月，在阿部宽主演的校园电影《青鸟》中饰演女老师“岛崎美幸”。
2009年，出演音乐短篇电影《蓝太平洋物语》，该片是由三位音乐人执导的短片集，伊藤步出演的是其中Micro导演的短篇《甘菊之翼》。
2010年1月，与赤西仁、北乃纪伊联袂出演的音乐电影《绷带》在日本上映；3月，伊藤步主演了TBS电视台制作的4夜连续特别剧《记忆之海》，扮演研究小组的研究员“小野里美”；8月12日，伊藤步开始出演日本电视台放送的综艺节目《主演さまぁ?ず?设定美容室?》，这是其首次挑战综艺节目的演出；同年，伊藤步还与宫崎葵、高良健吾、桐谷健太联袂出演了音乐励志电影《乐与路》。
2011年1月，与二宫和也、松山健一、吉高由里子联袂出演的漫改动作电影《杀戮都市》在日本首映，饰演身亡的知名女演员“鮎川映莉子”；4月，加盟井上真央主演的NHK晨间剧《太阳公公》，扮演女主角小学时代的导师“高桥夏子”。
2012年1月，伊藤步与小泉今日子、池胁千鹤、小池荣子合作出演了由推理小说作家凑佳苗同名原著改编的悬疑日剧《赎罪》；10月，加盟菅野美穗与天海佑希联袂主演的社会剧《不结婚》，饰演角色“工藤纯平”就读于的美术大学时期的后辈“河野瑞希”；同年伊藤步主演了剧情片《TheRoom》。
2013年1月，主演的励志剧情片《全力以赴的人生》在日本上映，该片以岛根县的北方50千米中浮现的隐岐诸岛为舞台，通过古典大相扑来刻画在岛上生活人们的身姿；2月，伊藤步又由ANORE事务所移籍到seventhavenue事务所，与松岛菜菜子等人同属一家事务所；接着与高良健吾、吉高由里子、池松壮亮联袂出演的治愈系电影《横道世之介》在日本首映，饰演有着丰富人生阅历的学姐“片濑千春”；4月，在泷泽秀明主演的美食深夜剧《深夜烘培坊》里饰演男主角暮林阳介的亡妻“暮林美和子”；8月22日，参演的爱情电影《沙尼达尔之花》正式入围了在加拿大召开的第37届蒙特利尔国际电影节的“世界电影焦点单元”。
2014年1月，与妻夫木聪、北川景子、铃木京香等人联袂出演的喜剧电影《菜鸟评审团》在日本首映；4月，她还参演了堺雅人主演的悬疑日剧SP《潘多拉：永恒的生命》；6月22日，伊藤步亮相了第17届上海国际电影节；7月，出演上户彩主演的伦理社会剧《昼颜：工作日下午3点的恋人们》，扮演女主角的出轨对象北野裕一郎的妻子“北野乃里子”。
2015年1月，主演以“高意识系”为主题的深夜喜剧《高意识系男子》，与林遣都一起合作；7月，搭档小池彻平接拍日本电视台制作的悬疑喜剧《恨嫁警花》，并在剧中饰演一名忙于结婚活动的女警“花田米子”，这也是其出道22年以来首次主演民放台日剧。
2016年1月，在绫濑遥主演的TBS电视台金十档暗黑悬疑日剧《别让我走》里饰演了阳光学校的保健体育教师“堀江龙子”；7月，加盟松岛菜菜子主演的职场剧《营业部长吉良奈津子》；11月，与上户彩、斋藤工、平山浩行等人共同出演伦理剧《昼颜》的电影版。
2017年1月，出演由水谷丰和反町隆史主演的日本长寿推理剧系列《相棒第十五季》第10集，饰演新闻主播“若月咏子”。
2018年：1月主演朝日台剧集《更喜欢明天的你》。
2019年，参演7月6日开播的剧集《恶毒女儿?圣洁母亲》。
影视类
伊藤步演技不俗，专业又敬业，脾气也好。伊藤步曾在电影《燕尾碟》里扮演凤蝶，那个蜕化和成长里的倔强少女令诸多观众印象深刻，她在音乐和电影两方面都有着超强的天赋。说到岩井俊二的《燕尾蝶》，熟悉日本电影的人就会心有灵犀地想到伊藤步在里面扮演的倔强少女“凤蝶”。在日本，伊藤步是性格演员，擅长用眼神、动作来表现人物的内心。