2007年，出演个人首部电视剧《非常老爸》并正式以演员身份出道。
2008年，在新潮社杂志《nicola》7月号另册《ニコ☆プチ》夏天号中首次以模特身份登场，并开始担任新潮社专属模特；同年，相继参演了青春喜剧片《歌魂》和现代惊悚片《濒死之绿》。
2009年，出演了校园青春片《女孩物语》；同年，参演了都市悬疑剧《诱拐》等影视作品。
2010年，参演了悬疑剧情片《告白》；随后，与众多艺人共同出演了都市探案推理剧《热海的搜查官》；5月，成为女子团体樱花学院的一期生，并开始随樱花学院展开演艺活动；6月，从新潮社杂志《ニコ☆プチ》毕业；8月18日，在时尚杂志《Seventeen》学园祭中登场，并成为了集英社的专属模特。
2011年，参演都市爱情剧《你教会了我什么最重要》；之后，随樱花学院发行了首张团体专辑《message》，并参与了一系列的团体演出活动；同年，与众多艺人共同出演了校园青春剧《高中生餐厅》。
2012年3月，随樱花学院发行了第二张音乐专辑《FRIENDS》，并顺利毕业；随后，与天海佑希、菅野美穗等人合作出演了现代爱情剧《不结婚》；同年，与麻生久美子、大泉洋等联袂主演了剧情喜剧片《大家早上好！》。
2013年，与小林薰、大竹忍、早织合作主演了青春剧情片《出发的岛歌十五之春》，这是她首次担任影视剧的第一女主角；随后，与多国艺人联袂出演了悬疑惊悚喜剧《金田一少年事件簿-狱门塾杀人事件》；同年，出演了校园悬疑剧《Lost Days》。
2014年，出演了青春校园剧《麻辣教师GTO 2014》。
2015年10月，在NTV星期天晚10点档播出的漫改剧集《天使心》中出演了女主角香莹，这是她首次被选中出演电视剧女主角。
2016年，与广濑爱丽丝联袂主演了SP特别剧《航迹云》。
2017年，与濑户康史、田中圭、酒井若菜等人合作出演NTV电视台的古装美食剧《幕末美食武士饭！》；8月24日，从《Seventeen》杂志毕业。
2018年，主演的《与我跳舞》制作消息发布；而其出演的漫改科幻动作片《杀戮重生犬屋敷》也于同年在日本上映。
2019年9月16日，出演的周杰伦音乐录影带《说好不哭》发布，在MV中饰演女主角。
2020年2月7日，主演的恐怖片《犬鸣村》在日本上映；4月，出演的悬疑剧《警视厅・搜查一课长2020》开播；5月7日，与濑户康史合作的舞台剧《错失母亲》开演，这是她第一次出演舞台剧；9月18日，与阿部纯子合作主演的剧情片《daughters》上映；11月6日，参演的喜剧片《穿着十二单衣的恶魔》上映。12月，出演的电视剧《弥留之国的爱丽丝》播出。
2021年1月22日，主演的喜剧电影《与我跳舞》在中国大陆上映。9月17日，首次担任导演的短篇集锦电影《MIRRORLIAR FILMS Season1》在日本公映。10月，参演了朝日台恐怖剧《言灵庄》。
《麻辣教师GTO》、《不结婚》、《热海的搜查官》、《言灵庄》、《弥留之国的爱丽丝》、《警视厅・搜查一课长2020》、《幕末美食武士饭！2》、《东野圭吾推理系列》等。
《告白》、《与我跳舞》、《出发的岛歌十五之春》、《穿着十二单衣的恶魔》、《杀戮重生犬屋敷》、《大家早上好！》、《Daughters》、《犬鸣村》等。
《错失母亲》。
《さくら学院2011年度~FRIENDS~》、《ベリシュビッッ》、《さくら学院 2010年度 ~message~》、《立ちの日に》等。
2013年，获第35届横滨电影节最佳新人奖-《出发的岛歌十五之春》、《大家早上好！》。
2013年，获第67届日本每日电影奖最佳新人奖-《大家早上好！》。
2013年，获第38届日本报知电影奖最佳新人奖-《出发的岛歌十五之春》、《大家早上好！》。
被称为广告美少女的三吉彩花在探案剧《热海搜查官》中饰演关键性角色东云麻衣，而之所以起用三吉彩花主要是因为在试镜时，她所表现出的那种不符合年龄的慵懒，以及说台词时那种冷冷的感觉，完全符合三木导演对于东云麻衣这个角色的要求。而三吉彩花也并没有辜负导演的期望，在剧中的演出非常吸引人，而在之后的剧情中三吉彩花饰演的东云麻衣还将发挥出非常重要的作用（大江达树评）。
暂不说演技实力，日本的90后女演员在素质上的确是越来越高，95后女优三吉彩花便是极被人看好的一位，漂亮精致的脸蛋，白皙亮眼的皮肤，1米7的身高配以亮眼的大长腿，三吉彩花绝对令人一眼难忘（金羊网评）。
