幼儿园时的梦想是开蛋糕店。小学六年级时，因为对时尚的兴趣，梦想转变成设计师和模特。初一时因为喜欢音乐而加入吹奏乐部。之后转入垒球部，一年级时作为替补出场，二年级时担任2号主力出场 。群马县中学毕业后，进入埼玉县的女子高等学校进修。直到高中二年级为止都以保育师为目标，并参加了高等学校保育相关的选修课和检定考试。但是，高三的时候，在进行前程商谈的时候了解了音乐专科学校，以暑假体验授课的事情为契机，高等学校毕业后进入音乐专业学校进修。专业学生时代的课程是歌唱，听力，音乐理论，宗教音乐等学习。加入乃木坂46的契机是念专科学校的老师推荐的，当时还有两位同学和她一起去参加选拔，她一人通过了甄选。
2012年1月13日，参演电视剧《欺诈偶像》。2月22日，参加乃木坂46发行的首张单曲《转转窗帘》（ぐるぐるカーテン），正式CD出道 。5月2日，在乃木坂46的第二张单曲《来吧香波！》（おいでシャンプー）的收录曲《把偶然当借口》（偶然を言い訳にして）中首次成为UNIT曲成员 。11月8日，通过“GirlsAward2012AUTUMN/WINTER”以模特身份出道 。
2013年1月1日，随乃木坂46出演《CDTV特别篇！过年超级活着2012→2013》 。1月5日，首次担任富士电视台综艺节目《うまズキッ！》MC 。3月23日，被聘用为流行杂志《Ray》的专属模特，成为乃木坂46中首个担任时尚杂志专属模特的成员。7月3日，在乃木坂46的第六张单曲《女生规则》（ガールズルール）中首次担任Center位置。11月，出演《SamanthaTiara2013圣诞珠宝》的广告 ，并担任了SamanthaThavasa的形象代言人 。11月23日，首次的单独担任了《Ray》杂志的封面人物 。
2014年6月，成为《16人のプリンシパルtrois》公演主要的十个角色之一 。2014年12月10日，发表个人首本写真集《清纯的大人》（清纯な大人） ，初版发行量突破了10万本 。9月，被日本连锁美容外科评为女性最美整容范本TOP10第一位 。
2016年9月22日，出演山田孝之主演的剧情电影《暗金丑岛君3》，饰演追逐梦想的新人艺人麻生丽娜 。
2017年1月14日，参演电视剧《女公关须加学园》第10集。 2月7日，发行第二部个人写真集《パスポート（Passport）》，第一周销量达到10.4万册，创下女艺人个人写真集最高纪录，之后连续四周销量都在一万册以上，发行一个月销量就达到15万册 。3月22日，在乃木坂46的第十七张单曲《Influencer》（インフルエンサー）中再度和西野七濑一起担任双Center。9月22日，参演西野七濑主演的漫改电影《薙刀社青春日记》，饰演薙刀社的王牌宫路真春 。
2018年4月22日，出演改编自同名网络漫画的深夜剧《也许曾经能做到委员会》，饰演委员会中唯一的女成员、善于分析男女关系的月绫子 。5月12日，主演富士台SP剧《世界奇妙物语·18年春季特别篇》，饰演藤田小春 。8月27日出演《绝对零度~未然犯罪潜入搜查~》第8集登场 。
2019年4月20日，出演校园喜剧《我的裙子去哪了？》，首次挑战老师的角色，饰演世界史老师里见萌 。
2020年1月7日，宣布将从乃木坂46毕业，具体毕业时间待定[30-31] 。同年，白石麻衣于2017年发售的第二部个人写真集《Passport》累计销量达到35.1万册，成为“写真集类别累计销售册数”女性个人作品历代第一名，也是女性艺人个人写真集中第一个突破35万册销量的作品 。4月28日，白石麻衣在官方博客上宣布受新型冠状病毒疫情影响取消原定于5月5日至7日于东京巨蛋举办的毕业演唱会，而本人的毕业日程也将推迟 。10月28日，通过网络直播形式举办毕业演唱会"NOGIZAKA46MaiShiraishiGraduationConcert?Alwaysbesideyou?"，正式从乃木坂46毕业 [34-35] ；2月21日，主演的电影《虽然只是弄丢了手机：被囚禁的杀人魔》上映，在片中饰演松田美乃里 。
白石麻衣不仅活跃在组合的各种活动中，她出众的相貌更让她作为杂志模特活跃在各大封面。让她成为了年轻女性最想成为的女性形象 。（中国青年网评）
