2008年7月、FC岐阜のチアリーダー「GREEN ANGELS」に加入。
2011年8月21日、乃木坂46の1期生オーディションに合格、オーディションではaikoの「ボーイフレンド」を歌った。オーディションは知人の勧めで受験し、合格後は上京した。
アイドルを目指した理由は、歌って踊りたかったからである。同年11月14日、乃木坂46公式ブログを開始。
2012年2月22日、乃木坂46の1stシングル「ぐるぐるカーテン」のカップリング曲「左胸の勇気」「会いたかったかもしれない」でCDデビュー。
同年8月22日、乃木坂46の3rdシングル 走れ!Bicycle
カップリング曲「涙がまだ悲しみだった頃」で初のセンターを務めた。
2013年1月6日、乃木坂46の5thシングル「君の名は希望」で初の選抜メンバーに選ばれた。
同年4月7日、『BAD BOYS J』（日本テレビ）でテレビドラマに初レギュラー出演、ナイツレディースの佐久間美奈役を演じた。
同年7月20日、女性ファッション雑誌『mina』（夕星社）で「乃木坂46のキレイ道」の連載を開始。
2014年3月、岐阜県の狂犬病予防接種ポスターのモデルに起用された。
同年3月1日、映画『杉沢村伝説 劇場版』で初の主演を務めることを発表[17]。その後、同年6月22日に完成披露試写会が開かれ、6月28日から劇場公開。
同年9月12日、乃木坂46を卒業する予定を発表。
卒業する理由として、自身の夢だった芸能界の仕事がかなったこと、次の目標が見つかったことの2点を挙げた。
同年10月19日、六本木ブルーシアターで開催された『アンダーライブ2ndシーズン』をもって乃木坂46を卒業。
『アンダーライブ2ndシーズン』では伊藤万理華によって「ねねころを送る会」が開かれ、伊藤寧々と伊藤万理華の非公式ユニット「伊藤ちゃんず」による「孤独兄弟」が披露された。乃木坂46のメンバーで卒業記念公演が開催されたのは、グループ創設以来初めての出来事だった
同年10月31日、乃木坂46公式サイト内の公式ブログが閉鎖された。
2015年5月10日、Twitterを開設[。同年6月23日、FC岐阜の応援マネージャーに就任し、同年6月28日のザスパクサツ群馬戦で就任スピーチを行った。
2016年1月20日、エイジアプロモーションへ移籍したことを報告。同年5月、舞台『読モの掟! 2016』に出演。
2017年8月25日、グラビアアイドルに転向し、リバプールから1stグラビアイメージビデオ『はにかむ』をリリース。
2018年1月26日、リバプールから2ndグラビアイメージビデオ『ことのは』をリリース。
2020年7月1日、YouTubeチャンネル『伊藤寧々official ねねころちゃんねる』を開設。
初回のアップロード動画でワタナベエンターテインメント所属にしたことを報。
2022年2月22日、noteを始める。note「君の名は希望」が生んでくれたものがnote注目記事で紹介される。
2024年3月3日、同年3月末をもってワタナベエンターテイメントを退所し、芸能界を引退することを発表した。
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