1996年，7岁（小学一年级）的时候，加入了由母亲推荐的剧团Central Group，开始了艺能活动。2005年大岛优子加入了由THE ALFEE高见泽俊彦担任制作人的“Doll's Vox”团体组合。2006年大岛优子参加AKB48第二期成员甄选，合格后成为Team K的成员。2007年1月，大岛优子为动漫《ICE(动画)》第一次进行配音挑战。同年7月与AKB48成员前田敦子、小野惠令奈一起移籍到太田制作。12月，她以AKB48的身份首次在NHK红白歌合战登场演出。2008年6月30日大岛优子出演日剧《弁护士 一之瀬凛子》。 2009年3月21日，大岛优子首度主演电影《半身死灵》饰演大桥可奈，4月11日，大岛优子在“AKB48 TeamK 5th Stage“引体后空翻”公演第一天发表了要接受喉咙手术的声明，同月13日手术结束，同月20日出院。7月8日，AKB48第一届总选举中获得第2名。同年9月15日，在Ameba BLOG开设个人博客“ゆうらり ゆうこ”，即是其官方博客。2010年1月至3月，大岛优子出演日剧《马路须加学园》饰演优子，6月9日，AKB48第二届总选举中获得第1名。10月至12月演出日剧《灵能力者小田雾响子的谎言》 ，11月10日发行写真DVD《君は、仆のもの》。2011年1月21日“AKB48 BEST100 2011”的第二天。大岛优子发表了新Unit“Not yet”结成的消息。1月23日“AKB48 BEST100 2011”的最终日，共384首歌中被选出、排名第一位的歌曲，是大岛优子首次担任CENTER的曲目《ヘビーローテーション》。1月28日，大岛优子获得了第5回婚纱珠宝首饰公主奖。6月9日，在AKB48第三届总选举中获得第二名。10月至12日，出演CX月九剧《我无法恋爱的理由》 ，12月8日“2011年艺人CM启用社数排行榜”的女性部门中大岛优子排第一，共有19家公司启用。 2012年1月11日，大岛优子获得“第23回Jewelry Best Dresser赏”中的女性部门奖（20代），1月22日“AKB48 BEST100 2012”的最后一天，总共421首歌中再度由大岛担任CENTER的曲目‘无限重播’(Heavy Rotation)连续两届取得第1位，2月8日大岛优子获得了“BLOG of the year 2011女性部门”奖，4月12日参演的富士电视台木十剧《青蛙公主》 首播，6月6日在AKB48第四届总选举获得第1名，第二次夺冠。7月12日于美国纽约举行的日本电影节，大岛优子凭在电影《暗黑丑岛君》中饰演的“铃木未来”一角，夺得最佳新人奖。 7月21日，大岛优子首次个人担任皮克斯作品主演配音电影『メリダとおそろしの森』（中文译名勇敢传说）公开。 8月24日，大岛优子在东京巨蛋举办“AKB48in TOKYO DOME ～1830mの梦～”的第一天组阁中，被委任为Team K的队长职务。2013年3月8日，大岛优子获得了第36回日本电影金像奖话题赏（演员部员）。6月8日AKB48第五届总选举中获得第二位。9月24日出演《神様のベレー帽・手冢治虫のブラックジャック创作秘话》，饰演小田町咲良，2013年10月13日出演TBS日九剧《安堂机器人》，饰演沫嶋七瀬。11月参与日剧SPEC最新映画版《SPEC-结》上下篇上映。12月31日，大岛优子在第64回NHK红白歌合战中宣布将从AKB48毕业。 2014年2月20日以大岛优子为队长的TEAM K在东京秋叶原AKB48剧场举行了2014年首场公演。3月20日，举行TK最后一场的“最终钟声鸣响”例行公演。3月30日原本预定在当日于国立霞丘陆上竞技场举行毕业演唱会，因天候不佳取消，运营方其后宣布安排补演。 同年5月5日大岛优子在大阪举办了《大岛优子感谢祭》迷你LIVE，现场演唱了《Heavy Rotation》等5首歌曲。同年6月8日，大岛优子在日本东京味之素球场举行毕业演唱会，6月9日，于AKB48剧场举行毕业公演正式从AKB48毕业。 2014年10月，从AKB毕业后首部参演的电影作品《纸之月》 ，获得了第27届东京国际电影节最佳观众奖，（15日～21日）周间观客人数第一。大岛优子由此片获得第39届报知电影奖最佳女配奖和横滨电影节最佳女配奖。 出演的富士火十档电视剧《钱的战争》，于2015年1月6日公开。 2015年1月，凭借《纸の月》大岛优子获得第57回蓝丝带奖最佳女配奖提名，同时还获得第38回日本电影学院赏最佳女配提名和第24回东京体育报电影大奖最佳女配奖。 1月15日，大岛优子主演电影《ROMANCE》消息解禁，将于2015年秋天全国上映。 初主演TBS木九档电视剧《脱黑~让你脱离黑道》将于2015年4月开播。 3月4日，大岛优子获「第1回カバーガール大赏」◆Weekly Magazine部门大赏。 2015年4月16日，大岛优子主演的《ヤメゴク～ヤクザやめて顶きます》开播， 2015年5月，大岛优子为剧场版《面包超人 咪嘉与魔法灯》女主角咪嘉配音，该片于5月26、27日上映 。 2015年7月14日，初次出演舞台剧「No.9－不灭の旋律－」消息解禁，此剧将于2015年10月10日开演。2015年8月12日，大岛优子凭主演的《脱黑~让你脱离黑道》获第85回日剧学院赏最佳主演女优奖。2015年8月29日，大岛优子主演电影《ROMANCE》上映。2015年12月15日，大岛优子出演电影《真田十勇士》消息解禁，该片将于2016年9月上映。2016年，大岛优子初次出演nhk晨间剧《阿浅来了》，饰演为了女性地位提升而奋斗的平冢雷鸟，该角色将于3月26、29、30日登场。2016年4月26日，出演据东野圭吾小说改编的电影《疾风回旋曲》消息解禁，大岛优子饰演瀬利千晶，该片将于2016年11月26日公开 。