小学三年级的时候，永野芽郁在吉祥寺被星探发掘从而进入演艺圈。2009年，通过出演科幻动作片《复仇米丽之血战》作为童星出道。

2010年5月，参演的动作片《斑马人2：斑马城的反攻》在日本首映；10月，开始担任时尚杂志《ニコ☆プチ》的专属模特；同年，永野芽郁还在吉濑美智子主演的校园剧《钢之女》中饰演了女主角“芳贺稻子”的幼年时代。

2011年，主演NHK教育台教育节目《时々迷々》的第36集《お姉ちゃんとよばないで》；同年，还参演了悬疑日剧SP《毛骨悚然撞鬼经 2011夏季特别篇》中的单元故事 《深渊迷路孩童》。

2012年，在佐藤健主演的漫改动作电影《浪客剑心》中饰演了“赤壁”牛肉火锅店的招牌服务员“三条燕”；同年，参演内藤大湖主演的科幻喜剧《STAND UP！先锋》。

2013年6月，转入姐妹杂志《nicola》继续担任专属模特；同年在绫濑遥主演的NHK大河剧《八重之樱》里扮演角色“山川常盤”的少女时期。

2014年4月，参演的动作剧情片《高校制霸ULTRAMAX》在日本上映；5月，在中山美穗主演的爱情剧《柏拉图式》里饰演了女主角“望月沙良”的独生女“望月沙莉”。

2015年，永野芽郁参加了漫改爱情电影《俺物语》的试镜选拔赛，并成功脱颖而出被选为该电影的女主角；10月，与森川葵、平冈佑太、松尾谕等人合作共演深夜档喜剧《泰迪GO！》；同年，还与龙星凉、太贺等人出演了第27届富士电视台青春电影剧本大赏的获奖作品《超限定能力》。

2016年1月，出演有村架纯主演的爱情剧《追忆潸然》；4月，永野芽郁开始担任可尔必思广告的形象代言人；5月，确定加盟山本美月主演的漫改纯爱电影《蜜桃女孩》，饰演挡在主人公恋爱道路面前的小恶魔女子“柏木沙绘”；6月，参与9月在日本上映的美国电影《神战：权力之眼》的声优工作，并为片中风华绝代的尼罗河美女“萨亚”配音；7月，主演漫改校园剧《声恋》，饰演单纯坦率的女高中生“吉冈结子”，而这是其首次担任电视剧的主演；8月，永野芽郁开始担任集英社杂志《seventeen》的专属模特；11月，加盟菅田将晖主演的校园喜剧《帝一之国》，饰演与帝一交往的女学生“白鸟美美子”；同年，永野芽郁还在堺雅人主演的NHK大河剧《真田丸》中饰演了“丰臣秀赖”的正室“千姬”。

2017年，主演漫改纯爱电影《昼行闪耀的流星》，饰演我行我素的女高中生“与谢野雀”；2月，确定加盟瑛太与新垣结衣双主演的剧情片《混合双打》；4月，与桥本爱、染谷将太、石桥静河等人合作共演的青春剧情片《PARKS》在日本上映；6月，客串堤真一主演的喜剧《超级上班族左江内》的第8集；同月，永野芽郁还确定担任2018年上半年放送的NHK晨间剧《一半，蓝色》的主演；同年7月，与洼田正孝、真剑佑、间宫祥太朗合作出演漫改悬疑剧《是我们干的》。

2018年4月2日，其主演的晨间剧《一半，蓝色》开播，凭借该剧她获得第98届日剧学院奖最佳女主角。12月31日，担任第69回NHK红白歌合战评审员。

2019年1月，出演的校园剧《3年A班-从此刻起，大家都是我的人质-》开播，凭借该剧，她获得第100届日剧学院奖最佳女配角奖。3月15日上映，主演的电影《你在月夜里闪耀光辉》，饰演良濑真水。

2020年3月6日，出演的电影《假面病栋》上映。7月，出演的日本台剧集《宠女青春白皮书》开播，在剧中扮演主人公的女儿小比贺樱由。