二阶堂富美自幼便对电影艺术怀有浓厚的兴趣，经常沉浸在光影世界中。在一次偶然的机会下，她被星探发现，由此开启了她的演艺与模特生涯。年仅十二岁时，她便首次亮相于《冲绳美少女图鉴》，这成为她步入公众视野的重要起点。此后，凭借独特的气质与表现力，她顺利成为知名时尚杂志《Nicola》的专属模特，在该杂志的平台上持续展现其多样化的风格魅力。
二阶堂富美的演艺生涯始于2007年，当时她通过出演电视剧《考试之神》正式以演员身份出道。次年，她便迎来了首个电影主演机会，与森冈龙、青山草太共同主演的影片《天空说》登上大银幕。2009年，她在资深演员役所广司执导的剧情片《蛤蟆的油》中完成了自己的电影首秀；同年6月，她又参与了由南明奈主演的手机剧《草莓研究班》的演出。进入2010年，二阶堂富美参演了电影《8mimi》；并在10月时，出演了由小田切让领衔主演的犯罪推理题材日剧《热海的搜查官》，进一步积累了表演经验。2011年成为她职业生涯的一个重要转折点，她与染谷将太共同主演了由园子温执导的电影《庸才》，凭借该片两人一同斩获第68届威尼斯电影节最佳新人奖，同时她还荣获第36届日本电影学院奖最佳新人奖；同年4月，她首次担纲电影主演，出演了音乐题材影片《剧场版 神圣放逐乐队 停不下来的摇滚乐》，并以此片获得第3届TAMA电影赏最优秀新进女演员奖以及第26届高崎电影节最优秀助演女优奖；7月，她出演了仲间由纪惠主演的历史战争片《暴风雨》；11月，又在山田孝之主演的现代爱情电影《想戴上戒指》中饰演了一位充满神秘感的滑冰少女。在《庸才》中她饰演了茶泽景子，随后在《庸才》中再次诠释同一角色，并在《庸才》、《庸才》、《庸才》、《庸才》及《庸才》等多部作品中均以茶泽景子（左二）的身份出现。2012年，她出演了由松山健一主演的大河剧《平清盛》，在剧中扮演平德子一角；4月，她参演了冈田将生主演的科幻题材日剧《未来日记：另一个世界》；9月，她与菅田将晖联合主演了改编自漫画的电影《国王与我》；11月，她还出演了伊藤英明主演的恐怖惊悚电影《恶之教典》，在片中饰演了在男主角的屠杀中侥幸存活下来的女学生片桐怜花。2013年，二阶堂富美参演了生田斗真主演的电影《脑男》；9月，她出演了园子温执导的融合恋爱、暴力、动作与青春元素的群像电影《地狱为何恶劣》；11月，其参演的美食题材电影《四十九天的食谱》在日本上映；凭借在这一年三部作品中的出色表现，她一举获得了第56届蓝丝带赏最优秀助演女优赏以及第35届横滨电影节最优秀助演女优赏。2014年，她主演了文艺电影《河畔的朔子》和《我的男人》，并依靠这两部作品赢得第24届日本电影专业大赏主演女优赏，其中影片《我的男人》更为她带来了第38届日本电影学院赏优秀主演女优赏等多项荣誉；同年，她还出演了冈田准一主演的大河剧《军师官兵卫》，在剧中饰演丰臣秀吉的妻子茶茶；6月，她参演的电影《渴望》在日本上映；7月，她与神木隆之介联袂主演了改编自东野圭吾小说的电视剧《变身》；11月，她与野村周平共同出演的音乐电影《日日摇滚》也在日本公映。在《我的男人》中，她饰演了腐野花一角。2015年，二阶堂富美出演了由坂元裕二编剧并执导的女权主义题材作品《问题餐厅》；2月，她与涉谷昴共同主演了音乐治愈系电影《味园Universe》；4月，她与松田龙平、阿部隆史、松隆子等演员联合出演了喜剧电影《再见金钱，前往贫困村》；8月，她与长谷川博己联合出演的时代电影《日本的天空下》在日本上映。
二零一六年，二阶堂富美的演艺事业呈现出丰富多元的活跃态势。年初，她与资深演员大杉涟合作，在电影《蜜之哀伤》中精彩诠释了妖艳而充满魅惑感的少女赤子一角，展现了其驾驭复杂角色的潜力。同年五月，她与当红演员山崎贤人搭档，联袂主演的少女漫画改编电影《狼少女与黑王子》于日本正式首映，吸引了大量年轻观众的目光。紧随其后，在六月上映的温情题材电影《伤心往事》中，她与小泉今日子首度合作，共同演绎了一对情感深厚的母女；这部以北品川地区为背景的影片，细腻描绘了本应离世的母亲与女儿在某个夏天里重逢后所发生的动人故事，情感真挚感人。此外，在同一年度，她还参与了由第148届直木奖获奖小说改编的同名电影《何者》的拍摄，与有村架纯、佐藤健、菅田将晖等一众实力派演员合作，并在片中成功塑造了那位“自我意识极为强烈”的大学毕业生小早川理香的形象。进入七月，她的身影又出现在一部悬疑题材的剧集《遗失身份》中，与藤原龙也、伊野尾慧、黑木瞳等演员同台演出。九月，由她主演的特别剧《热血老师》于日本电视台实现了首播。而至十月一日，她与著名演员福山雅治合作主演的剧情长片《独家新闻》登陆大银幕，她在片中生动扮演了充满干劲的新人记者行川野火，其表现获得了关注。 时间来到二零一七年，二阶堂富美继续拓展其表演领域。在一月，她参与了日本电视台开播的新型日剧《住住》的演出，与升野英知、若林正恭合作，并在剧中以“本人”身份进行了一种新颖的尝试。同年四月，她在由绫野刚主演的爱情剧《弗兰肯斯坦之恋》中，挑战饰演了与怪物陷入一段禁忌之恋的大学生津轻继实，角色颇具深度和戏剧张力。也在这一年，她与吉泽亮实现了双主演合作，共同出演了根据漫画家冈崎京子原作改编的真人版电影《我很好》，该作品备受原作粉丝期待。 二零一八年，二阶堂富美依然保持着稳定的产出。四月，她与斋藤工共同出演了悬疑剧集《侦探物语》，贡献了精彩的表演。七月，她出演了电视剧《在这世界的角落》，在剧中饰演名为白木凛的角色。同年，她还与歌手兼演员GACKT合作，共同出演了一部漫画改编的电影作品《飞翔吧埼玉》，展现了在不同类型作品中的适应性。 二零一九年，她的演艺事业再添重要角色。四月十一日，由她与龟梨和也共同主演的刑侦题材剧集《草莓之夜·SAGA》正式开播，她在剧中扮演了警视厅搜查一课精明干练的女班长姬川玲子，这一角色令观众印象深刻。八月，她参演了电影《糸》。九月十三日，她出演的另一部电影《人间失格》也如期上映。此外，她还主演了一部由漫画改编的真人电影《生理酱》。她的工作日程亦延伸至来年，确认将出演定于二零二零年上半年播出的晨间剧《YELL》。而在二零二零年十一月二日，备受瞩目的第71回红白歌会正式公布了主持人阵容，二阶堂富美荣幸地被任命为红组主持人，这无疑是对其广泛人气与专业能力的重要认可。
自2021年起，演员二阶堂富美在多部影视作品中展现了活跃的表现。2021年4月25日，她参演的电视剧《住住3》正式与观众见面。同年7月4日，她与有村架纯共同参与的真人秀节目《富美和架纯的休息日》于日本电视台播出。进入2022年，她在2月4日上映的电影《大怪兽的善后处理》中贡献了精彩的演出。2023年，她的作品持续推出，7月16日参演的电视剧《VIVANT》开始播映，随后在11月23日，她担任主演的电影《飞翔吧！琦玉〜来自琵琶湖的爱〜》也登上了大银幕。2024年伊始，她于1月23日参演的TBS电视台火十档剧集《Eye Love You》开播；紧接着在2月，她凭借在作品《月》中的出色演绎，荣获了第97届日本《电影旬报》颁发的最佳女配角奖项；2月27日，她出演的电视剧《幕府将军》通过FX频道开播并同步在Hulu平台上线。展望2025年，她已确定于2月15日主演由岩松了执导的电影《山隘之家》，该片在日本上映时，她将在片中饰演正次的妻子一角；同年7月，由她主演的悬疑电影《远山淡影》也即将上映；此外在10月1日，她参演的另一部电视剧《倘若这世界是舞台，后台又在何处？》也将如期播出。
二阶堂富美与日本知名男星星野源的初次合作始于2013年9月正式公映的电影《地狱为何恶劣》，两人通过这部作品的拍摄而相互结识。此后，他们的缘分并未止步，于2015年夏季再度共同出演了一部公开播出的网络电影，凭借这段接连不断的合作经历，双方在工作中的默契逐渐加深，私下交流也日益频繁，最终从同事关系自然而然地发展为恋人。然而，感情生活的发展往往充满变化，在经历了数年的交往后，两人的恋情并未走向婚姻。直至2025年8月10日，据多家日本媒体同时报道，二阶堂富美正式宣布与搞笑艺人组合“枫超合金”的成员卡兹雷泽（41岁）结婚，双方已按照法律程序完成结婚登记，正式结为夫妻。在公开声明中，二人表示婚后将继续保持在演艺界的各自事业，不会因婚姻而中断现有的职业活动。
在电影《庸才》中，二阶堂富美那洋溢着青春活力的精彩表演深深打动了观众。她的演技在鲜明的个性之外，还蕴含着一份独特的‘色气’，即一种自然而迷人的性感魅力，若继续积累经验，未来必将成长为一位备受瞩目的‘大女优’。与片中相对被动的主人公相比，她出色地诠释了一位内心坚韧、能够主动推动剧情发展的女主角，正是凭借其扎实而富有张力的演技，才使得这一角色得以生动而立体的呈现。影片里她所展现出的强烈愤怒情绪，赋予了角色格外真实的感染力，令观众感同身受。二阶堂富美拥有作为一名优秀演员所必需的天赋，包括对角色高度集中的投入和出众的理解能力，这份专注与深刻让观者也能清晰感受到她所承载的角色力量。她在表演状态与现实自我之间所保持的那种微妙‘间隙’，令人联想到资深演员大竹忍的独特气质，展望未来，她无疑能够驾驭更多复杂而超乎寻常的角色，例如那些充满狂气或令人恐惧的杀人犯等极端人物，这类角色的尝试预计会逐渐增多。她具备成为戏路宽广的实力派女演员的潜质，依据不同作品的需求，她的表演呈现出几乎无限的可能性。早在2013年，当时年仅19岁的二阶堂富美其实已拥有长达六年的演艺经历，通过持续不懈的刻苦磨练，她逐渐形成了自己独树一帜的表演风格。曾经在鄂霍次克海冰天雪地的极端环境中进行拍摄的经历，更让外界目睹了她身上那种不畏艰难、倔强不服输的坚韧品格。在电影《庸才》里，担任女主角的二阶堂富美宛如一朵娇艳而充满生命力的花朵，为整部影片注入了丰富的色彩与想象空间。不少日本影迷亲切地将她称为“小宫崎葵”，这既是对其灵气的认可，也寄托了对她未来发展的期待。在导演园子温执导的电影《庸才》中，她与染谷将太共同饰演了两名游走于社会边缘的中学生，二人之间演绎了数段极具情感爆发力的精彩对手戏，碰撞出强烈的戏剧火花。而在日剧《未来日记》中，她所塑造的那个对周遭世界失去信任的孤独少女形象，同样以其细腻的刻画令人过目难忘。无论是在《河畔的朔子》中所经历的炽热盛夏，还是在《我的男人》中所面对的凛冽严冬，透过这些截然不同的作品与角色，人们从内心深处感受到，二阶堂富美确实是一位拥有非凡魅力与强大可塑性的优秀演员。