神宫寺勇太于2010年10月30日正式加入杰尼斯事务所，开启了他的演艺生涯。2012年7月，他首次涉足电视剧领域，在作品《sprout》中饰演了片桐航一角，由此步入观众视野。次年，即2013年4月9日，他参演的电视剧《幽灵女友》开始播出，他在剧中扮演了男主角的学生相田拓途；同年10月，他又出演了电视剧《49》，成功塑造了一位热爱摄影的高中生井上智的形象。进入2014年，他在4月播出的电视剧《SHARK 第2季》里饰演了东礼央；随后在11月12日，他于电视剧《青春侦探晴也》的第五集中登场，饰演了角色宫泽翔太。2015年6月，他加入了Jr.限定组合“Mr.King vs Mr.Prince”，成为其中一员。自2016年起，他作为“Prince”组合的成员持续进行着Jr.阶段的演艺活动。2018年5月23日，他随组合King&Prince推出了首张单曲《シンデレラガール（灰姑娘女孩）》，标志着其正式出道；同年10月22日，他与岩桥玄树、高桥海人共同主演的校园剧《一定要喜欢社团才行吗？》开播。2019年5月17日，他参演的电影《我家的执事如是说》上映，他在片中饰演了一位身份神秘的名门少爷赤目刻弥。2021年4月，神宫寺勇太首次获得了单独主持节目的机会，主持了《名所から一番近い家》；同年8月，他参演的电视剧《准教授‧高槻彰良的推测》第一季开始播出，该剧的第二季于10月紧随其后播出，他在剧中饰演了一位能够辨别他人谎言的大学生深町尚哉；在11月至12月期间，他首次单独主演的舞台剧《<葵上><弱法师>-近代能乐集-》上演，他分别在《葵上》和《弱法师》两部分中，饰演了美少年若林光以及因战火而失去视力的青年俊德这两个截然不同的角色。2022年4月25日，他首次单独主演的恋爱职场剧《接待员城》播出，他在剧中饰演了一位进入广告代理店工作已有三年、聪明能干的销售员城拓海。2023年5月22日，神宫寺勇太宣布退出King&Prince组合，并离开了杰尼斯事务所；随后在7月7日，他加入了由泷泽秀明创立的新公司TOBE；同年10月15日，他与岸优太、平野紫耀共同组成了新的组合Number_i。进入2024年，1月1日，由他与平野紫耀、岸优太三人组成的组合Number_i的出道单曲《GOAT》正式开始数字配信并公开了音乐录影带；3月30日，他参加的日本电视台音乐节目《with MUSIC》如期播出；在12月31日，他还参与了《第75届NHK红白歌会》的演出活动。