二零一一年八月二十一日，深川麻衣成功通过乃木坂46的最终甄选，由此成为该组合第一期正式成员。二零一二年二月二十二日，她随团体共同推出首张单曲《窗帘围绕》，标志着其演艺生涯的正式起步。同年八月二十二日，在乃木坂46发行的第三张单曲《走れ！Bicycle》（冲吧！Bicycle）中，她首次进入选拔成员行列，获得了更多展现自己的机会。二零一四年五月十二日，于组合第九张单曲《夏のFree&Easy》（夏天的Free&Easy）的选拔中，她不仅再度入选，更首次晋升为“福神”位置，这在团体中代表着重要的人气与认可。二零一六年一月七日，她通过官方博客对外宣布了将从乃木坂46毕业的决定；随后在二月一日播出的东京电视台综艺节目《乃木坂工事中》中，正式公布深川麻衣将担任乃木坂46第十四张单曲《当春紫苑盛开时》（日文：ハルジオンが咲く頃）的Center位，这也是她生涯中第一次也是最后一次担任这一核心位置；同年六月九日，她的首本个人写真集《一直想在你身边》公开发行；六月十六日，在静冈生态竞技场举办的“乃木坂46盛夏全国巡演2016~深川麻衣毕业演唱会~”上，她完成了最后的演出，正式从乃木坂46毕业，结束了作为偶像团体成员的阶段。 毕业之后，深川麻衣逐步转向演员领域发展。二零一八年二月十七日，她首次主演的电影作品《面包，巴士和第二次初恋》正式上映，开启了其影视表演生涯。二零一九年五月二十四日，她出演的另一部电影《航母伊吹》也与观众见面。二零二一年十月一日，她参与演出的电影《我与她与拉力》上映。进入二零二二年，她的电视剧作品也陆续播出：一月十五日，参演的电视剧《封刃师》播出；同年四月，她出演了电视剧《特搜9第五季》；八月十九日，其出演的电影《嗷呜》上映；十月二日，她参演的爱情恐怖悬疑剧《佐和子~那是，无尽的复仇~》正式播出。 二零二三年，她继续活跃于电视荧屏，参演的电视剧《LIFE2 给予者接受者》播出；同年，她还出演了另一部电视剧《GiverTaker》；七月二十日，她出演的读卖电视台与日本电视台合作的深夜剧《她们的犯罪》播出；十一月三日，其参演的电影《走投无路的原偶像，选择与完全陌生的大叔一起生活》（日文：人生に詰んだ元アイドルは、赤の他人のおっさんと住む選択をした）也与观众见面。二零二四年，她的作品依然不断：一月二十一日，参演的电视剧《没有爱的恋人们》播出；二月二十九日，参演的电影《游行》上映；四月三日，参演的电视剧《特搜9第七季》播出。 展望已公布的计划，深川麻衣的演艺行程将持续至二零二六年。二零二五年一月二十四日，她参演的电影《嘲笑之虫》预定上映；三月二十五日，参演的电视剧《藤子・Ｆ・不二雄SF短篇电视剧 第三季》也将播出；六月六日，她担任主演的电影《来一碗茶泡饭如何》会上映；十月十一日，其主演的全新剧集《好孩子坏孩子》预计开播。进入二零二六年，一月九日，她主演的电影《虚构的狗与说谎的猫》计划上映；一月十二日，她参演的电视剧《紫菜包饭与饭团～相爱的两人既相似又不同～》也将紧随其后开播，展现出其在影视行业持续而稳定的发展轨迹。