2009年，伊藤美诚参加全日本乒乓球赛，获得小学四年级以下组冠军。
2010年，伊藤美诚参加全日本乒乓球赛，在女子单打首轮比赛中胜出，打破了由福原爱保持的最年轻女单获胜纪录。
2012年，伊藤美诚参加中国台北的青少年公开赛，获得U-15与U-18两级别赛事冠军。
2014年，在国际乒联职业巡回赛德国公开赛女子双打总决赛中，伊藤美诚与平野美宇组合以3比0战胜波兰组合格淄博斯卡与帕蒂卡，获得女子双打冠军，创造巡回赛历史上最年轻冠军组合的纪录，两人年龄加在一起只有27岁145天。
2015年，在国际乒联职业巡回赛德国公开赛女子单打决赛中，伊藤美诚以4比2击败德国的索利亚，获得女子单打冠军；在国际乒乓球联合会的年度表彰中，伊藤美诚获得“最佳突破奖”。
2016年，伊藤美诚参加里约热内卢奥运会，在乒乓球女子团体赛中，日本队以3比1战胜新加坡队，获得铜牌。
2017年，第23届亚洲乒乓球锦标赛混双决赛，森园政崇/伊藤美诚以1：3负于中国选手周雨/陈幸同，获得亚军。
2018年，国际乒联巡回赛第二站白金赛——德国公开赛，早田希娜/伊藤美诚以3：1战胜田志希/梁夏银，登顶女双冠军；国际乒联保加利亚公开赛女双决赛，石川佳纯/伊藤美诚3-1胜刘高阳/张瑞获得冠军；在国际乒联瑞典公开赛女单决赛中以4比0击败朱雨玲夺得冠军。
2019年，世乒赛女双决赛中，日本组合早田希娜/伊藤美诚以2:4不敌中国小将孙颖莎/王曼昱，获得亚军；国际乒联瑞典公开赛女单半决赛，伊藤美诚4：2战胜中国选手孙颖莎，与中国队的陈梦争夺女单冠军；在T2钻石赛新加坡站女单决赛中，伊藤美诚以3-4不敌孙颖莎，获得亚军。
2020年，在德国马格德堡举行的德国乒乓球公开赛混双决赛中，日本选手水谷隼/伊藤美诚1比3不敌中国选手许昕/刘诗雯，获得亚军；卡塔尔公开赛混双决赛中，水谷隼/伊藤美诚以3比1占胜中国队王楚钦/孙颖莎获得冠军。
2021年，国际乒联多哈挑战赛女单决赛，伊藤美诚4-2击败队友早田希娜，夺得冠军；在东京奥运会乒乓球女单季军争夺战中，伊藤美诚以总比分4-1逆转战胜于梦雨，获得铜牌。
▪ 2021-7-29 东京奥运会乒乓球女单季军（获奖）
▪ 2021-7-26 东京奥运会乒乓球混合双打冠军（获奖）
▪ 2020-11-10 2020年女子乒乓球世界杯第三名（获奖）
▪ 2020-04-21 入围“21世纪最强女乒梦之队” （获奖）
▪ 2019-11-10 乒乓球世界杯团体赛团队亚军（获奖）
▪ 2019-10-06 瑞典乒乓球公开赛女子单打亚军（获奖）
▪ 2016-08-16 里约热内卢奥运会女子团体赛季军（获奖）
▪ 2016-03-27 国际乒联世界巡回赛卡塔尔公开赛女子双打亚军（获奖）
▪ 2015-12-10 国际乒乓球联合会年度表彰最佳突破奖（获奖）
▪ 2015-06-30 吉尼斯世界纪录认证巡回赛历史上最年轻冠军（获奖）
▪ 2015-03-23 国际乒联职业巡回赛德国公开赛女子单打冠军（获奖）
▪ 2014-03-30 国际乒联职业巡回赛德国公开赛女子双打冠军（获奖）
伊藤美诚打出的球质量非常高，有一定的搏杀性。少年老成的她，在比赛时较为冷静，经常能打出一些意想不到的好球。（孔令辉评）
伊藤美诚的乒乓天赋很高，打球偏理性，不是那种靠感觉打球的传统女球员，而是擅用数据进行科学分析的睿智型球员。她使用反手生胶，打法凶狠，而且是典型的男性化风格，已经具备了赢中国队的实力，欠缺的只是经验和大赛里去赢球的那种心理体验。（搜狐体育评）
