1997年，伊藤英明参加Junon杂志男模特儿选拔获优胜，同年参加《大搜查线岁 末特别版》的演出，踏入日本艺能界。1998年，参演爱情片《爱，有时说谎》。1999年1月，伊藤英明参演爱情剧《三十拉警报》。9月，与广末凉子、小林薰联袂出演由泷田洋二郎执导的剧情片《秘密》。10月，参演犯罪片《Out─娇妻犯罪》。2000年4月，与大冢宁宁主演恐怖片《夜叉》，伊藤英明一人分饰两角，饰演一对有超天才头脑双胞胎“有末静”和“雨宫凛” 。2003年，出演改编自山崎丰子的同名小说的医学剧《白色巨塔》 。2004年，伊藤英明与加藤爱、仲村彻主演动作片《海猿》。 2006年，伊藤英明与加藤爱、佐藤隆太联袂主演由羽住英一郎执导的动作片《海猿2：爱之界限》。2007年，与伊势谷友介合作主演由三池崇史执导的动作片《寿喜烧西部片》，饰演一名神秘的枪手 。同年，与井上真央合作主演爱情剧《初吻》，饰演美绪的哥哥加纳和树 。2008年12月，伊藤英明与木村佑一、山本太郎主演动作惊悚片《252生存者》 。2009年2月，出演动作剧《警官之血》，饰演三代警员民雄的长子安城和也。7月，与山下智久、北川景子联手出演由永山耕三、西浦正记共同执导的励志剧《零秒出手》，饰演JCARCS的教练川崎智哉 。9月，与松山健一、小雪主演以17世纪的日本为舞台的动作片《卡姆依外传》，饰演传说中的猎鲨军团渡众的首领不动 。2010年，伊藤英明与加藤爱、佐藤隆太主演了改编自佐藤秀峰创作的同名漫画的动作片《海猿3：最后的讯息》，该片讲述海上保卫厅的潜水员们，克服重重艰难险阻的成长故事 。2011年5月，出演了以日本三重县真实存在的高中生经营的餐厅“孙之店”为蓝本的喜剧《高中生餐厅》 。6月，与织田裕二、黑木明纱联袂主演由西谷弘执导的悬疑片《安达卢西亚：女神的报复》，该片讲述了黑田康介以外交官的身份在世界各地对抗恐怖主义，保护日本国民安全的故事。9月，与中丸雄一、高岛礼子联手主演以保险金连环杀人事件为题材的《Last Money~爱的代价》，饰演保险金查定员向岛朔太郎。2012年7月，伊藤英明与佐藤隆太合作主演剧情片《海猿4:勇敢的心》，饰演勇猛果敢的仙崎大辅 。10月，与二阶堂富美、染谷将太主演根据同名小说改编的恐怖惊悚片《恶之教典》，饰演二年4班班主任莲实圣司 。2013年，与山下智久、武井咲联手主演推理侦探剧《金田一耕助VS明智小五郎》，饰演日本第一名侦探明智小五郎 。同年，与三浦友和主演根据作家白川道的长篇小说改编的《最快的银河》，饰演37岁的新锐建筑师桐生晴之 。 2014年，伊藤英明与染谷将太、长泽雅美出演喜剧片《哪啊哪啊神去村》，饰演和野性大自然融为一体的凶暴前辈饭田与喜，获得第9届亚洲电影大奖最佳男配角奖 。同年，出演剧情片《昼颜：工作日下午3点的恋人们》。此外， 还与泷藤贤一主演了法律剧《罪人的谎言》，饰演为了获得胜利不择手段的律师笠原 。2015年4月，与佐藤健出演改编自杉森久英的同名小说的剧情剧《天皇的料理人》，饰演鲭江连队厨师田边佑吉 。同年，主演动作片《Liquid～鬼之酒 奇迹之酿酒人～》，该剧讲述酿酒老店独生子放弃银行工作赌上人生酿酒的故事 。此外，还主演由三池崇史执导的真人版电影《火星异种》 。2016年，主演4月开播的富士台日剧《我的危险妻子》 。参演电影《三月的狮子》 。2017年，主演初夏上映的电影《第22年的自白-我是杀人犯》 。