伊势谷友介从日本大学丰山高中毕业后，考入了东京艺术大学美术学系。在学期间，他就作为模特活跃于时装秀、时尚杂志和各种广告中。他曾前往米兰参加PRADA的发布会，后前往纽约大学短期留学，修习电影课程，并与东京艺术大学的两位同学结成了创意小组“カクト”，制作了12部小电影。
1998年，伊势谷友介出演了由是枝裕和执导的剧情片《下一站，天国》，从此步入电影圈。
2000年，与池胁千鹤、松尾政寿联手出演由犬童一心执导的剧情片《金发草原》。
2001年，伊势谷友介与苍井优、宫崎葵参演由盐田明彦执导的剧情片《害虫》。
2002年，与浅野忠信主演了动作惊悚片《终结死亡》，该片讲的是三个被追逐的男子的故事。
2003年，伊势谷友介出演了由盐田明彦执导的奇幻片《黄泉路》。同年，在动作犯罪片《醒来的人》中一人担当了导演、编剧和主演三项要职，该片成为第32届东京国际电影节参赛作品，并获得第3届东京新作家主义国际电影节评审团特别奖。
2004年，与常盘贵子主演了由降旗康男执导的爱情片《赤月》。同年，与麻生久美子主演了动作科幻片《再造人卡辛》，该片改编自70年代的同名动画片。
2005年10月，出演剧情片《向雪祈祷》，饰演遭受人生挫折的高傲青年。
2006年1月，伊势谷友介出演了加拿大、法国和日本三国合拍的惊悚片《ThePassenger》。5月，与中谷美纪、瑛太联袂主演了改编自日本作家山田宗树同名小说的歌舞片《被嫌弃的松子的一生》，饰演松子当老师时期的学生。7月，出演爱情片《蜂蜜与四叶草》，饰演才华横溢的美大雕塑生，该片讲述了竹本佑太和了花本叶久美的爱情故事。10月，在动画片《恶童》中客串配音。此外，伊势谷友介还被《INVITATION》杂志评选为年度最佳男演员。
2007年，出演剧情片《图集上没有的虫子》，饰演自由作家。6月，与竹内结子主演了改编自长嶋有同名小说的剧情片《挎斗摩托车里的狗》。8月，与松田龙平合作主演了由原田真人执导的恐怖片《传染歌》，饰演陆的前辈编辑太一。9月，与伊藤英明、佐藤浩市联手主演了由三池崇史执导的动作片《寿喜烧西部片》。
2008年，出演由费尔南多·梅里尔斯执导的爱情惊悚片《盲流感》。
2009年，与中谷美纪主演取材于真实历史人物的历史剧《白洲次郎》，饰演日本现代史的风云人物白洲次郎。
2010年，与生田斗真合作主演根据太宰治所著同名小说改编的剧情片《人间失格》，饰演外表优雅但却内心险恶堀木正雄。同年，与役所广司、山田孝之主演由三池崇史执导的战争历史片《十三刺客》，饰演刺客山の民。
2011年，出演了由梶原一骑所著同名漫画作品改编的体育励志片《明日之丈》，饰演主角山下智久的“宿敌”力石彻，获得第35届日本电影学院奖最佳男配角和第54届日本电影蓝丝带奖最佳男配角。
2014年，伊势谷友介与佐藤健、武井咲共同出演了由大友启史执导的动作古装片《浪客剑心：京都大火篇》，饰演隐秘御庭番首领四乃森苍紫，该片主要讲述剑心等人与试图颠覆日本的劲敌志志雄真实之间对战的故事。
2015年，与龟梨和也、深田恭子合作主演动作片《JOKERGAME》，饰演嘉藤次郎的上司及救命恩人，该片改编自小说代号D机关连载系列小说。
2016年，参加拍摄电影《新宿天鹅2》。
2017年8月4日，出演漫改电影《JOJO的奇妙冒险》，饰演空条承太郎。
2018年，接拍七月开播日本台新剧《生存·婚礼》。
2019年，11月1日参演电影《音乐会结束时》上映。
日本电影学院奖
日本电影蓝丝带奖
伊势谷友介不仅是个纯粹的演员，还会参加很多公益活动。在日本大地震时还坚持参加各地的毕业式等，让大家很感动。
只有伊势谷的身上，才具备力石彻的天才魅力。外表冷漠内心狂热的他，拥有着聪明动物的跳跃感，虽然外表有些冷酷，但内心是善良的，如此这般不可思议的魅力，唯有伊势谷独享，因此便向他发出了片约。
