Tomomi Itano fait partie de la 1re génération de membres d'AKB48, dès la création du groupe en 2005. En 2007, elle participe au groupe temporaire Honegumi from AKB48.
En 2008, elle forme avec Tomomi Kasai le duo Summer Lips le temps d'un titre.
En 2009, elle participe aux groupes temporaires Nattō Angels et AKB Idoling!!!.
En 2010, elle commence carrière solo avec son premier single Dear J qui sort en janvier. Elle joue en parallèle le rôle récurrent de Queen dans la série Kamen Rider W, (re-) formant avec Kasai le duo Queen & Elizabeth pour l'occasion, et participe aussi au groupe temporaire Team Dragon from AKB48 pour la série Dragon Ball Z Kai. En , elle lance son réseau social "Teamtomo"[1].
Tomomi Itano annonce le lors de la première du documentaire "AKB48 : No flower without rain" qu'elle quittera le groupe AKB48 au printemps suivant ; sa « graduation » serait due à une décision personnelle. Elle aura lieu le au Tokyo Dome.
Elle continue désormais sa carrière en solo en sort plusieurs singles numériques et physiques. En 2014, Tomomi revient sur scène en annonçant la sortie de son premier album solo pour , dans lequel seront regroupés tous ses singles sortis auparavant et comprendra au total 15 titres. Il sera en outre édité en deux éditions dont une régulière et une limitée[2].
En , Tomomi sera l'invitée d’honneur du 2014 J-Pop Summit Festival à San Francisco, aux États-Unis. Cet évènement sera la première apparition aux États-Unis de l’ancien membre des AKB48, en solo. Tomomi se produira lors d’un live spécial gratuit lors du concert au Union Square le et un autre live sur la Pagoda Main Stage à Japantown le lendemain. 50 détenteurs de billets VIP seront invités à une séance de rencontre avec Tomomi et chacun recevra un poster dédicacé. Ils seront sélectionnés aléatoirement parmi les fans ayant acheté un Pass VIP A ou B le [3].
Par ailleurs, le premier album de Tomomi Itano, S×W×A×G, est en vente depuis le .
En 2016, Tomomi Itano fait une brillante apparition (avec d'autres membres graduées telles que Atsuko Maeda, Mariko Shinoda, Yuko Oshima et Minami Takahashi) aux côtés d'AKB48 sur le 43e single du groupe Kimi wa Melody, sorti le 9 mars, afin de célébrer le 10e anniversaire du groupe. Cette année-là, elle est l'héroine de deux films au cinéma : le film d'horreur Nozokime (alias The Stare), et le film chinois Raincoat.
