伊藤由奈出生于美国加利福尼亚州的洛杉矶市，她的父亲是日本人，母亲则是韩裔美国人，家庭中还有一位比她年幼五岁的弟弟。当她仅三个月大时，全家便迁居至阳光明媚的夏威夷生活。伊藤由奈自幼便将玛丽亚·凯莉视为自己的音乐偶像，从五岁起就开始系统地学习演唱技巧，能够驾驭跨越多个八度的宽广音域，并在夏威夷当地举办的一场涵盖五十所高中的大型歌唱比赛中脱颖而出，夺得冠军。到了十三岁那年，伊藤由奈正式立志成为一名职业歌手，她通过细致模仿自己喜爱歌手的演唱方式不断磨练唱功，并在一年后首次登上舞台进行公开表演。十六岁时，她曾获得一家音乐公司的签约邀请，但对方提出的条件是让她以组合成员的身份出道，这与她个人发展的期望不符，因此她最终婉拒了这个机会。直至2004年6月，伊藤由奈参加了索尼音乐公司主办的公开试音活动，在现场深情演绎了玛丽亚·凯莉的经典出道曲目《Vision Of Love》，其表现赢得了评审们的一致认可。此后不久，伊藤由奈便顺利与索尼音乐公司签订了合约，正式开启了她的音乐生涯。
2005年，伊藤由奈因获选出演电影《NANA》而正式踏入演艺圈，她在片中饰演Trapnest乐队的主唱芹泽蕾拉一角，并借此契机以“REIRA starring YUNA ITO”的名义推出了首张个人单曲《ENDLESS STORY》。这首歌曲改编自道恩·汤马斯的经典作品《If I'm Not in Love》，发行后市场反响极为热烈，不仅连续8周稳居日本公信榜单曲榜前五名，更持续10周保持在榜单前十之列，实体唱片销量累计接近50万张，数字下载次数也突破了200万次大关。同年，她受邀登上第56届NHK红白歌会的舞台，现场演唱了这首代表作《ENDLESS STORY》。进入2006年，她的音乐事业继续稳步发展：3月，发行了双主打单曲EP《Faith/Pureyes》；5月，推出单曲《Precious》，该曲作为电影《海猿2：爱之界限》的主题曲，累计销量超过20万张；8月，她同时发行了单曲《Stuck on you》与《Losin'》，前者以复古风格为特色，后者则采用了Two-Step Garage曲风，两者均以限量7万张的形式发售；12月，她又为电影《NANA2》献唱了插曲《Truth》。 2007年1月，伊藤由奈推出了首张个人专辑《HEART》，专辑发行首周便成功登顶公信榜专辑榜冠军，最终累计销量突破52万张。3月，她为由筱原凉子主演的电影《Unfair电影版》演唱了主题曲《I'm Here》。4月，她启动了首次日本国内巡回演唱会，先后在大阪、福冈、札幌、名古屋和东京等多地举行。6月，她与乐团Def Tech的成员Micro合作，共同发行了单曲《Mahaloha》。9月，她翻唱了席琳·迪翁的知名歌曲《My Heart Will Go On》，展现了其跨风格的演绎能力。10月，发行了单曲《Urban Mermaid》，这首作品以轻快活泼的舞曲节奏，传达出对女性的赞美与激励之情。 2008年1月，她与国际巨星席琳·迪翁合作，共同演唱了歌曲《あなたがいる限り～A WORLD TO BELIEVE IN～》，该曲是席琳·迪翁原曲《A World To Believe In》的改编版本。2月，她发行了第二张个人专辑《WISH》，希望通过这张作品向听众传递歌声中蕴含的情感与力量。6月，她与知名音乐人小林武史以及俄罗斯指挥家米哈伊尔·普雷特涅夫携手，为历史纪录片《GATE -A TRUE STORY-》演唱了主题曲《GATE》。9月，发行单曲《miss you》。10月3日，推出单曲《恋はgroovy×2》，这首歌曲后来被改编为英文版本，由伊藤由奈以“Christine Ito”的名义于同年12月再次发行。 2009年，她与组合Spontania合作，演唱了歌曲《今でもずっと》，该曲在发行当日便登上了数字配信榜的榜首。2月，她为电视动画《机动战士高达00》演唱了片尾曲《Trust You》，这首单曲成功进入了公信榜单曲榜的前五位。3月31日，发行了数字单曲《今でも会いたいよ...feat. Spontania》。4月，她首次来到中国香港，进行了唱片宣传及相关活动。5月，推出了第三张个人专辑《DREAM》，这张专辑在曲风上相比前作显得更为丰富和多元化。11月，发行单曲《Let it Go》，这首作品由伊藤由奈与Superfly乐队原成员TABO共同制作，风格上回归了20世纪70年代的摇滚韵味。 2010年6月，她开展了一项名为“想翻唱英文歌曲（I Want to Do a Western Cover）”的特别企划，通过官方网站由粉丝投票选择曲目，最终最先被选出的歌曲《I Don't Want to Miss a Thing》作为数字单曲正式发行。10月，她再次为由筱原凉子主演的电视剧《黄金猪》献声，演唱了主题曲《守ってあげたい》。12月，她发行了首张精选辑《LOVE ～Singles Best 2005-2010～》，对其一段时期的音乐历程进行了梳理与总结。进入2011年，她的音乐活动显著减少，随后与索尼唱片公司解约，并逐渐淡出了主流乐坛视野。
2022年7月4日，两人通过其个人社交媒体账号正式对外公布了喜结连理的消息，获得了众多粉丝与友人的祝福。时隔约九个月，即在2023年4月3日，他们再次通过社交网络向公众宣布了家庭新成员到来的喜讯，确认他们的第一个孩子已平安降生，这标志着他们的家庭生活进入了崭新的阶段。
伊藤由奈以其甜美清秀的面容与高挑修长的身形令人印象深刻，同时她还具备扎实而出众的歌唱功底，并拥有能够熟练运用英语与日语的双语国际背景。她的出道首支单曲《ENDLESS STORY》乘着当时热门电影《NANA》所带来的广泛关注度，一经推出便迅速吸引了公众视线，使她自职业生涯起步之际就成为备受瞩目的焦点人物。尽管伊藤由奈并非以创作见长的歌手，但她的核心优势恰恰体现在其极具感染力的嗓音与纯熟流利的英语表达能力上。她的音域相当宽广，歌声优美动人，仿佛能够穿透空气直抵听众内心深处，并且在现场表演时展现出极为稳健的台风。随着演艺经验的积累，她的演唱风格也在持续进化，从早期清亮透彻的声线逐渐转向更加饱满厚实的表达，尤其擅长在重低音区域自如地演绎，其歌唱技巧亦从初期的内敛克制逐步转变为如今充满张力与奔放的成熟形态。