内山昂辉于1990年8月16日出生于日本埼玉县，自幼便展现出对表演艺术的兴趣与天赋。年仅三岁时，他就加入了儿童剧团，开始接受基础的表演训练，并在此期间主要为各类少年角色进行配音工作，为其日后声优事业的发展奠定了初步基础。高中阶段，内山昂辉进入了一所注重国际视野与人文教育的学校——国际基督教大学高等学校就读。此后，他继续深造，并于2013年4月顺利从日本顶尖学府之一的早稻田大学毕业，完成了高等教育阶段的学业。他的早期经历融合了艺术实践与系统学习，为其在配音及表演领域的专业发展提供了扎实的根基。
二零零二年四月，年仅十二岁的他在TBS电视台播出的电视剧《冷暖人间 第六部》中客串出演了一名骑自行车的少年角色，由此初次接触演艺领域。到了第二年，内山昂辉迎来了其配音生涯中的第一个重要突破，他在动画电影《我的妹妹小桃子》中为角色Riki Kuramoto献声，这标志着他正式以配音演员的身份开启了职业道路。二零零五年，内山昂辉因成功演绎了《王国之心·2》中的洛克萨斯一角而开始受到广泛关注，知名度显著提升，这也稳固了他在配音行业的发展方向。此后，他陆续受邀参与了多部动画作品的配音工作，例如《神灵狩》、《噬魂师》以及《妖精的尾巴》等。尤其在《妖精的尾巴》中，他生动诠释了自称布莱恩二世的暗夜/马克贝斯，进一步展现了其声音演绎的多样性。自二零一零年起，内山昂辉在《机动战士高达UC》、《机动战士高达UC 剧场版 第一幕：独角兽之日》、《机动战士高达UC 剧场版 第二幕：红色彗星》和《机动战士高达UC 剧场版 第三幕：拉普拉斯的亡灵》等一系列动画中，持续为角色巴纳吉·林克斯配音，塑造了一个令人印象深刻的系列形象。同年，他还在动画《尸鬼》中担任了主要角色之一结城夏野的配音工作。二零一一年，内山昂辉的配音作品更加丰富，他参与了《游戏王ZEXAL》、《萤火之森》以及《全职猎人》等多部动画的配音。其中，在改编自绿川幸同名漫画的动画《萤火之森》里，他为那位戴着面具、身份为半人半妖的神秘少年银配音，其细腻的演绎获得了观众的好评。也正是在这一年，凭借出色的表现，他荣获了第五届声优奖颁发的新人男优赏，奠定了其在业内的认可度。二零一二年七月，他将工作范围拓展至游戏领域，为游戏作品《符文工房4》献声。同年十月，他在动画《绝园的暴风雨》中为男主角之一的泷川吉野配音，再次展现了其驾驭不同性格角色的能力。二零一四年一月十一日，内山昂辉在动画《伪恋》中为主角一条乐配音，这个角色是一名自称长相普通的高中生，但身为著名流氓帮派“集英组”头目的独生子，他被迫与美国黑帮“蜂巢”首领的千金桐崎千棘假扮恋人，以促进双方家族关系的缓和，内山昂辉将角色复杂的心境演绎得颇为到位。此后不久，他又在动画《排球少年！！》中为月岛萤一角配音，这部作品因其贴近现实的风格和充满热血、永不言弃的剧情而深受广大观众喜爱，在随后的几年里，内山昂辉也继续参与了该系列后续作品的配音，延续了这一角色的生命力。二零一五年，其专业能力与贡献得到了进一步表彰，内山昂辉在东京动画奖评选中，于“年度最佳动画”部门下获得了声优奖，这无疑是对其多年配音生涯的一次重要肯定。
内山昂辉在2016年1月10日播出的动画《虹色Days》中，为角色直江刚献声。这部作品改编自水野美波在《别册玛格丽特》上连载的同名漫画，故事主要围绕男子高中生羽柴夏树、松永智也、片仓惠一以及直江刚四人展开，生动描绘了他们丰富多彩的校园日常。同年7月，他参与了当季动画《棒球伙伴》的配音工作，并于12月出席了该作品的官方宣传活动。到了次年4月，根据福山辽子漫画改编的电视动画《假面Noise》正式播出，内山昂辉在其中饰演了女主角有栖川仁乃（由早见沙织配音）的初恋对象榊桃。剧中讲述了榊桃与仁乃以及作曲少年柚在分别之后，于高中时期再度重逢，并由此开启一段全新情感历程的故事。同年10月6日，内山昂辉还在运动题材动画《冰上的尤里》中，为来自俄罗斯的少年角色尤里配音。 2017年，内山昂辉先后为作品《男子游泳部特别版：各就各位 特别版》中的桐岛郁弥一角配音，随后又在动画《恶魔人 哭泣之子》中饰演了角色不动明。进入2018年，他在动画《紫罗兰永恒花园》中为贝内迪克特·布卢献声。同年10月，他于运动题材番剧《强风吹拂》中配音了角色神童杉山高志。12月5日，角色扮演游戏《另一个伊甸：超越时空的猫》推出了中国国服版本，内山昂辉与芽野爱衣、佐藤利奈、钉宫理惠等多位声优共同参与了该游戏的配音工作。此后不久，由他参与配音、青木弘安导演执导的悬疑题材动画《HERO≠MASK》也正式播出。 2019年1月，内山昂辉在科幻题材动画《涩谷保卫战》中为堂岛大介配音。该作品讲述了他所配音的角色与儿时好友一同被卷入名为“涩谷漂流”的奇异现象，从而来到未来世界，并肩负起守护涩谷职责的冒险故事。3月1日，他参与配音的作品《宇宙战舰大和号》的最终章《宇宙战舰大和号2202 爱的战士们 第七章 新星篇》于影院上映。随后，他在动画《皿三昧》中为久慈悠一角献声，剧中久慈悠与矢逆一稀、阵内燕太三人因邂逅神秘的河童生命体，意外被变成了河童，从而展开了一系列奇妙经历。同年7月，内山昂辉还在作品《擅长捉弄的高木同学第二季》中为浜口配音，同时他亦为游戏《英雄传说：闪之轨迹4》中的主要角色黎恩·舒华泽担任配音。同月内，在一部讲述高中生卡纳特等九人展开行星之旅的动画《彼方的阿斯特拉》中，他饰演了角色乌鲁克·扎巴科。
二零二零年四月，声优内山昂辉为动画作品《听我的电波吧》中的角色冲进次献声。同年九月二十八日，开放世界冒险角色扮演游戏《原神》正式开启公测，他在其中为蒙德城的狼少年雷泽进行了配音工作。十月二日，内山昂辉再次担纲配音重任，在作品《咒术回战》中演绎了身为咒术师末裔的角色狗卷棘。不仅如此，在同一年度内，他还先后为《排球少年》第四季的两个部分，即《排球少年！！TO THE TOP》与《排球少年！！TO THE TOP Part.2》，献声饰演了月岛萤这一角色。此后，他的配音工作持续展开，相继参与了动画《命运/冠位指定 神圣圆桌领域卡美洛 前篇 剧场版》以及《命运/冠位指定 神圣圆桌领域卡美洛 后篇 剧场版》的配音演出。 进入二零二一年，内山昂辉为动画《堀与宫村》的男主角宫村伊澄配音，以其声音塑造了这位深入人心的角色。随后，他又为动画电影《新·福音战士剧场版：终》献声，这部作品后来荣获了第四十五届日本电影学院奖的话题奖之最具话题影片奖，并同时斩获了同届学院奖的最佳动画片奖项，成就斐然。同年四月九日，动画《美妙世界》于日本迎来首播，内山昂辉在剧中为主角樱庭音操配音，这位角色因阴差阳错被卷入一场死神游戏，不得不为了生存而奋力完成死神下达的各项任务。六月十一日，他再度为新作动画《再见了，我的克拉默》献声，饰演了其中性格冷静理性的足球队成员山田铁二。在此之后，内山昂辉的配音工作愈发繁忙，陆续参与了包括《娑婆气》、《魔法使的新娘 西之少年与青岚的骑士》、《月与莱卡与吸血公主》、《命运节拍》以及剧场版《咒术回战》在内的多部动画作品的配音工作。 时间来到二零二二年，由内山昂辉参与配音的动画系列《擅长捉弄人的高木同学》推出了其第三季作品并正式播出。四月九日，由他担任桐木曜一配音的动画《青之芦苇》在日本电视台首播。七月九日，动画《黑之召唤士》亦于日本首播，他在剧中为穿越至异世界的主角凯尔文配音，剧中凯尔文用前世的记忆作为交换，获得了超高等级的召唤技能与魔法技能，从而踏上了充满未知的冒险旅程。随后，内山昂辉的声线又出现在《风都侦探》中，他饰演了拥有冷静判断力的角色フィリップ，并在《又酷又有点冒失的男孩子们》的第一部和第二部中，为性格朴素直接的角色二见瞬献声。同年十二月，改编自漫画《七大罪》的衍生动画电影《七大罪：怨嗟的爱丁堡》正式上映，内山昂辉在片中为主角托里斯坦于冒险旅途中所邂逅的一位妖精角色配音。 二零二三年初，内山昂辉在一月开播的新番《冰属性男子和酷酷女同事》中，为男女主角的同事、个性冷静的人类男性角色冴岛配音。紧接着，他又在动画《英雄传说 闪之轨迹 北方战役》中为黎恩·舒华泽献声，该作品讲述了托尔兹军官学院特科班VII班的黎恩·舒华泽及其同伴，在局势动荡的帝国中努力开拓属于自己崭新道路的故事。四月一日，他配音的动画《和山田进行LV.999的恋爱》播出，他在剧中饰演男主角山田秋斗，作品描绘了山田秋斗与女主角在游戏公会中相识并逐渐相恋的温馨故事。 展望后续，二零二四年十一月八日，内山昂辉参演的剧场版动画《风都侦探剧场版：假面骑士颅骨的肖像》在日本上映。二零二五年二月七日，他参与配音的电影《好戏时间7》上映；同年四月六日，他参与配音的网络动画《凸变英雄X》正式播出。七月十九日，其参与配音的作品《怪兽8号 第二季》与观众见面。九月十九日，他参与配音的日本运动题材动画片《百米。》于日本上映。十月八日，由他参与配音的电视动画《绝妙舞步》播出；十月二十九日，另一部他参与配音的电视动画《迪士尼 扭曲仙境第1季》亦告播出；十月三十一日，其参与配音的动画电影《天鹰战士：最后的冲击》在中国大陆地区上映。而至二零二六年一月，由内山昂辉配音的电视动画《TRIGUN STARGAZE》也如期开播，为其持续活跃的配音事业再添新章。