在正式成为乃木坂46成员之前,伊藤理理杏就已经以童星的身份活跃于演艺界,曾参与拍摄“雅马哈音乐教室”及“好侍食品”等多个商业广告。2016年7月4日,乃木坂46正式启动第三期成员的招募工作,此次应募资格限定为12至20岁的女性,截止日期为同年7月19日;这是自2013年5月二期生加入之后,时隔三年多再次公开征集新成员。到了8月27日,徵选流程增设了SHOWROOM部门审查环节,共计13名候补生以不公开姓名的方式在视频直播平台“SHOWROOM”上进行展示,其中伊藤理理杏的编号为11号。9月4日,她顺利通过最终审查,成为乃木坂46三期生合格者之一,并荣获杂志《UTB》颁发的特别赏。本次三期生应募总人数高达48986人,最终共有12名成员脱颖而出,包括中村丽乃、大园桃子、山下美月、阪口珠美、吉田绫乃克莉丝蒂、向井叶月、岩本莲加、与田祐希、久保史绪里、伊藤理理杏、梅泽美波以及佐藤枫。同年12月10日,三期生在东京武道馆举行了首次披露活动,伊藤理理杏在现场模仿了皮卡丘的经典形象,引得全场粉丝高声欢呼“理理安、GET daze!”,成功将气氛推向高潮;12月14日,三期生全员登上了FNS歌谣祭的舞台,这也是她们自出道以来参与的首个大型音乐节目。 2017年2月2日至12日期间,伊藤理理杏参加了乃木坂46三期生的首次公演《3人のプリンシパル》;3月22日,她参与拍摄的第十七张单曲三期生曲目音乐录影带《三番目の风》于全网同步上线;8月9日,第十八张单曲的三期生曲目MV《未来の答え》亦全面公开;10月5日,随着第十九张单曲三期生曲MV《仆の冲动》的全网上线,伊藤理理杏更首次担任了中心位置,展现出其逐渐提升的团队角色;10月6日至15日,她继续参演了三期生专场公演《见杀し姫》。进入2018年,她在舞台剧领域持续拓展:4月6日,参演的舞台剧《星の王女さま》正式上演;4月10日,她又出演了舞台剧《美少女战士》,并在剧中成功塑造了水野亚美这一角色;同年9月30日,她成功入选乃木坂46第22张单曲的选拔成员名单。2019年2月,她再度登上舞台,出演了作品《ザンビ~Theater's end~》;4月15日,她顺利进入第23张单曲的选拔阵容;5月16日,她尝试了朗读剧《Reading▽Stage『百合と薔薇』》的演出;9月27日,继续参与舞台剧《JAPARI STAGE!》的表演;至12月23日,官方确认她将出演NHK制作的音乐剧《リトル・ゾンビガール》。 2020年10月24日,由她参演的漫画改编连续剧《丼物委员长》正式播出,她在剧中饰演了主角的情敌、偶像高中生山笠静香一角;12月2日,她又出演了音乐剧《星の飞行士》。2021年4月15日,她回归舞台剧领域,出演了作品《天才てれびくん the STAGE ~バック・トゥ・ザ・ジャングル~》;8月18日,参演了音乐剧《リトル・ゾンビガール》;12月22日,她获任为新节目《乃木坂お試し中》的主持人。2022年3月7日,官方宣布她将出演日生剧场FamilyFestival 2022 NHK音乐剧《リトル・ゾンビガール》;7月3日,她参与了节目《プロジェクトV》开播一周年的特别音乐活动“Summer Voyage”。2023年6月25日,她在乃木坂46第33张单曲中再度进入选拔阵容;同年11月,她首次担任主演,出演了舞台剧《オッドタクシー金剛石》。2024年7月12日,她主演了另一部舞台剧《オッドタクシー 金剛石(ダイヤモンド)は傷つかない》;12月20日,她挑战了即兴舞台剧《カタシロ~Relive vol.1~》的演出。2025年3月28日,她出演了音乐剧《东京复仇者2 血腥万圣节》,在剧中饰演橘日向一角;同年10月24日,她再度登上舞台,在舞台剧《パレード》中饰演大垣内琴美。
伊藤理理杏最初是通过电视节目注意到前辈斋藤飞鸟的表演,在进一步了解后得知她是乃木坂46的成员,由此逐渐对乃木坂46这个团体产生了浓厚的兴趣与喜爱。在乃木坂46的所有成员中,伊藤理理杏是唯一一位出身于冲绳县的成员,这一身份也让她显得尤为特别。在冲绳生活期间,她常常喜欢攀爬当地一种名为细叶榕的树木,她会和伙伴们一起爬到树上玩捉迷藏游戏,或者悠闲地坐在树枝上聊天。在学校里,她最感兴趣的科目是社会课,而在日常饮食中,她尤其偏爱饮用清淡的白开水。此外,在阅读喜好方面,她最喜爱的漫画作品是《海贼王》。