二阶堂富美从小喜欢看电影，被星探挖掘后，12岁时登上了《冲绳美少女图鉴》，之后成为时尚杂志Nicola的专属模特。

2007年，二阶堂富美凭借出演电视剧《考试之神》作为演员出道。

2009年，在役所广司执导的剧情片《蛤蟆的油》中首次登上电影舞台；6月，出演了南明奈主演的手机剧《草莓研究班》；同年还出演了电影《天空说》。

2010年，二阶堂参演了电影《8mimi》；10月，出演了小田切让主演的犯罪推理日剧《热海的搜查官》。

2011年，二阶堂富美凭借园子温执导的电影《庸才》，与饰演男主角的染谷将太一起获得第68届威尼斯电影节最佳新人奖，并且她还获得了第36届日本电影学院奖最佳新人；4月，主演了音乐电影《剧场版神圣放逐乐队停不下来的摇滚乐》，并凭此片获得了第3届TAMA电影赏最优秀新进女演员和第26届高崎电影节最优秀助演女优赏，这也是其首次担任电影的主演；7月，出演了仲间由纪惠主演的历史战争片《暴风雨》；11月，出演了山田孝之主演的现代爱情电影《想戴上戒指》，并在剧中饰演了一位谜样滑冰少女。

2012年，二阶堂富美出演了松山健一主演的大河剧《平清盛》，在剧中饰演了平德子一角；4月，出演了冈田将生主演的科幻日剧《未来日记：另一个世界》；9月，二阶堂与菅田将晖联合主演了漫改电影《国王与我》；11月，还出演了伊藤英明主演的恐怖惊悚电影《恶之教典》，她在剧中饰演了侥幸逃过了男主角屠杀存活下来的女学生片桐怜花。

2013年，二阶堂富美参演了生田斗真主演的电影《脑男》；9月，出演了园子温执导的集恋爱、暴力、动作、青春等元素融为一体的群像电影《地狱为何恶劣》；11月，参演的美食电影《四十九天的食谱》在日本上映；同年，二阶堂凭借着这三部作品获得了第56届蓝丝带赏最优秀助演女优赏和第35届横滨电影节最优秀助演女优赏。

2014年，二阶堂富美主演了文艺电影《河畔的朔子》和《我的男人》，并凭借这两部电影获得第24届日本电影专业大赏主演女优赏，其中《我的男人》还拿下了第38届日本电影学院赏优秀主演女优赏等多个殊荣；同年，二阶堂出演了冈田准一主演的大河剧《军师官兵卫》，并在剧中饰演了丰臣秀吉的妻子茶茶；6月，参演的电影《渴望》在日本上映；7月，与神木隆之介一起主演了由东野圭吾小说改编的电视剧《变身》；11月，与野村周平共演的音乐电影《日日摇滚》在日本上映。

2015年，二阶堂富美出演了坂元裕二编导的女权主义题材之作《问题餐厅》；2月，与涉谷昴一起主演了音乐治愈系电影《味园Universe》；4月，与松田龙平、阿部隆史、松隆子等人联合出演了喜剧电影《再见金钱，前往贫困村》；8月，与长谷川博己联合出演的时代电影《日本的天空下》在日本上映。

2016年，二阶堂富美与大杉涟共同出演了电影《蜜之哀伤》，饰演妖艳魅惑的少女赤子；5月，搭档山崎贤人联袂主演的少女漫改电影《狼少女与黑王子》在日本首映；6月，在上映的温情电影《伤心往事》里与小泉今日子首次合作共演母女，该片以北品川为舞台，讲述本该死去的母亲与女儿在一个夏天里发生的感人故事；此外，二阶堂富美还与有村架纯、佐藤健、菅田将晖等人合作出演了第148届直木奖受赏小说改编的同名电影《何者》，饰演“有强烈意识”的大学毕业生小早川理香；7月，与藤原龙也、伊野尾慧、黑木瞳等人合作出演悬疑剧《遗失身份》；9月，主演的SP特别剧《热血老师》在日本电视台首播；10月1日，与福山雅治合作主演的剧情片《独家新闻》上映，在片中扮演新人记者行川野火。

2017年，与升野英知、若林正恭合作日本电视台一月开播的新型日剧《住住》，在剧中饰演本人；4月，在绫野刚主演的爱情剧《弗兰肯斯坦之恋》中饰演和怪物坠入禁断之恋的大学生津轻继实；同年，与吉泽亮双主演根据漫画家冈崎京子原作改编的真人版电影《我很好》。

2018年4月，与斋藤工共演悬疑剧《侦探物语》。7月，出演电视剧《在这世界的角落》，在剧中饰演白木凛。同年，与GACKT共演漫改电影《飞翔吧埼玉》。

2019年4月11日，其与龟梨和也共同主演的刑侦剧《草莓之夜·SAGA》开播，在剧中扮演警视厅搜查一课的女班长姬川玲子。9月13日，其出演的电影《人间失格》上映。主演漫画改编真人电影《生理酱》。出演2020年上半年播出的晨间剧《YELL》。2019年8月，出演电影《糸》。

影视类

• 2014第24届日本电影专业大奖最佳女主角我的男人、河畔的朔子（获奖）
• 2014第6届TAMA电影赏最优秀女优赏我的男人（获奖）
• 2014第13届ニューヨーク?アジア映画祭ライジングスター?アワード我的男人（获奖）
• 2014第39届エランドール赏新人赏（获奖）
• 2013第35届横滨电影节最优秀助演女优赏地狱为何恶劣、脑男、四十九天的食谱（获奖）
• 2013第56届蓝丝带赏最优秀助演女优赏地狱为何恶劣、脑男、四十九天的食谱（获奖）
• 2013第17届日本インターネット映画大赏主演女优赏庸才、恶之教典（获奖）
• 2012第26届高崎电影节最优秀助演女优赏神圣放逐乐队（获奖）
• 2012第3届TAMA电影赏最优秀新进女演员神圣放逐乐队（获奖）
• 2012第16届日本インターネット映画大赏ニューフェイスブレイク赏神圣放逐乐队、我想戴上戒指（获奖）

威尼斯国际电影节

• 2011第68届威尼斯国际电影节马赛罗·马斯楚安尼奖庸才（获奖）

亚洲电影大奖

• 2014第8届亚洲电影大奖最佳女配角奖地狱为何恶劣（提名）

日本电影学院奖

• 2020第43届日本电影学院奖最佳女主角奖飞翔吧!埼玉（提名）
• 2020第43届日本电影学院奖最佳女配角奖人间失格（提名）
• 2015第36届日本电影学院奖最佳女主角奖我的男人（提名）
• 2013第36届日本电影学院奖最佳新人奖庸才（获奖）

二阶堂富美在电影《庸才》里充满青春气息的热演让人为之动容，而她的演技个性之余富有‘色气’，假以时日必成‘大女优”。相比处于被动角色的主人公，她漂亮地演绎出带动其的‘芯’强大的女主角。正是因为她强大的演技力才能使这个角色成立。片中她显露出强烈的愤怒，让观众有特别的真实感。二阶堂具有作为女优，对角色集中和拔群理解力的天分，令看到的人也能感受到她的那份坚强。她在演技和实际的自我中所保持的‘间隙’让人联想起大竹忍，今后她也能演绎更多不可思议的角色，像杀人犯这些狂气、恐怖的角色肯定会增多。她可以成为一名演技幅度大的女优，根据不同的角色，她具有无限的可能性。

2013年年仅19岁的二阶堂已经出道6年时间，通过自身的努力，她已经形成了独树一帜的演戏风格。在鄂霍次克海的冰雪极地拍戏，让人看到了二阶堂不服输的坚韧品格。电影《庸才》的女主角二阶堂就像是一朵娇艳的花朵，为整部电影增添无限想象。不少日本影迷将二阶堂富美称为“小宫崎葵”。在园子温执导的电影《庸才》中，她与染谷将太饰演了两名边缘中学生，上演了数段十分具有爆发力的精彩对手戏。在日剧《未来日记》中，二阶堂饰演的对于周围世界丧失信任的少女，同样令人印象深刻。无论在《河畔的朔子》中度过的炎夏，还是在《我的男人》中度过的严冬，从心底感到二阶堂是一位非常酷的女演员。