2011年，14歲的伊藤健太郎簽約事務(wù)所，作為模特開始以雜志、廣告為中心進行演藝工作。2014年7月17日，通過參演富士臺愛情劇《晝顏：工作日下午3點的戀人們》正式作為演員出道，憑借他在其中飾演的早戀學生木下啟太一角，演技開始受到關(guān)注 。

2015年1月10日，出演的富士臺校園劇《學校的階梯》在日本首播，伊藤健太郎飾演白金八人組之一的千崎波留。7月6日，參演的懸疑劇《影之地帶》播出，他出演主角田代圭介的學生時代。10月31日，出演的漫改喜劇電影《俺物語?。　吩谌毡旧嫌?，這也是他的熒幕首秀。11月，參演的富士臺深夜《Transit Girls》播出，他在其中飾演主人公的青梅竹馬深澤直 。

2016年2月12日，出演的富士臺漫改喜劇《Good Morning Call》播出，伊藤健太郎飾演拉面店“一番星”的繼承人佐多一星。4月15日，出演的由中谷美紀主演的愛情喜劇《我不是結(jié)不了婚，只是不想》在日本上映。同年9月，主演ROBOT和イマジカ共同制作的8K電影《LUNA》在日本上映。

10月，客串由吉田羊主演的WOWOW臺慶劇《鐵證懸案~真實之門~》第5集 。11月12日，出演的由小栗旬主演的驚悚犯罪電影《惡魔蛙男》在日本上映，他飾演主人公澤村久志的少年時代 。12月24日，參演的足立紳執(zhí)導電影《14之夜》上映。

2017年1月，出演的TBS深夜劇《租賃之戀》首播。3月，出演的青春校園電影《Cheer☆Dance~女高中生用啦啦隊舞蹈征服全美的真實故事~》上映，與此同時，他出演的輕小說改編電影《重啟咲良田》也在日本上映 。6月，出演WOWOW臺電視劇《犯罪癥候群》第二季的第3、4集播出 ，同時，出演網(wǎng)劇《爸爸活》。8月，出演《偷懶上班族甘太朗》第4、11集 。9月23日，出演的黑島結(jié)菜主演NHK穿越劇《跑女戰(zhàn)國行》在日本首播，伊藤健太郎飾演羽木家的少主羽木九八郎忠清 。10月28日，參演的生田斗真主演漫改電影《老師！我可以喜歡你嗎？》在日本上映，他在其中飾演北高弓道部的高手藤岡勇輔。12月，首次擔任電影主演，出演由搞笑藝人佐田正樹自傳改編而成的傳記電影《出目金》在日本上映。

2018年1月1日，出演的朝日臺《相棒第十六季》元日SP第10集播出 。1月13日，出演的wowow電視劇《春天來了》播出 。2月，首次參演舞臺劇，在《續(xù)·穿越時空的少女》中飾演女主角和子的青梅竹馬淺倉吾朗。3月15日，出演木村拓哉主演職業(yè)劇《BG~身邊警護人~》第9集 。7月7日，主演的電影《Room Laundering》在日本上映。9月，出演改編自川口俊和同名小說的電影《咖啡未冷前》 ，伊藤健太郎也憑借該電影獲得了第42屆日本電影學院獎新人獎及話題獎。10月，搭檔賀來賢人出演的漫改喜劇《我是大哥大》在日本首播，他飾演留著刺猬頭、充滿正義感的不良少年伊藤真司。11月，參演的平野紫耀主演純愛電影《青澀寶貝》上映。12月，與柏木由紀搭檔主演的愛情喜劇《這份戀情有罪嗎!?》在日本首播，他在其中飾演沒有戀愛經(jīng)驗溝通能力的童貞工薪族小日向大河。12月25日，參演的系列劇特別篇《跑女戰(zhàn)國行SP~超時空愛戀再啟~》播出。

2019年3月10日，參演的系列劇特別篇《必殺仕事人2019》首播 。4月~5月，首次擔任舞臺劇主演，出演舞臺劇《春之覺醒》。6月21日，參與配音的動畫電影《若與你共乘海浪之上》在日本上映 [38]  。9月27日，主演的漫改電影《惡之華》在日本全國公映。

2020年1月5日，出演由木村拓哉主演的富士臺60周年紀念電視劇SP《教場》后篇。2月，出演戶田惠梨香主演的NHK晨間劇《緋紅》。4月2日，參演的電視劇《花生醬三明治》播出。4月29日，在愛情劇《東京愛情故事》中出演主人公永尾完治 。6月，參演漫改電影《攀巖的小寺同學》上映  ，同時，參演由北村匠海主演的漫改電影《炸豬排DJ揚太郎》。7月~8月，搭檔橫濱流星參演舞臺劇《巖流島》 。7月17日，其出演的喜劇片《我是大哥大電影版》上映 [46]  。8月14日，其出演的由永瀨廉主演的漫改電影《飆速宅男》上映。同年，參演電影《宇宙中最光亮的屋頂》