小学6年级的时候，渡边麻友在电脑上上网，偶然发现了出道不久的AKB48，并成为了AKB48的粉丝，而不久后她自己也想加入其中。起初家人都表示很为难，但是渡边麻友每天都会恳求母亲表示自己想要参加甄选会，最终她终于如愿报名参加了AKB48的甄选会。
2006年2月26日，渡边麻友在“第二期AKB48追加成员甄选会”中落选，但她仍不放弃，再次恳求母亲让她参加甄选，并得到了母亲的同意；12月3日，她在“第三期AKB48追加成员甄选会”的最终审查中合格；12月9日，渡边麻友作为Team B候补生在AKB48一周年纪念演唱会“AKB48 1st ANNIVERSARY LIVE 〜势ぞろいだぜ!『A』『K』『B』!〜”的舞台上被介绍；12月10日，她开始接受面向剧场出道的课程。
2007年，渡边麻友在AKB48剧场中以3期生为中心的“チームB 1st Stage‘青春ガールズ’”公演中亮相，从而正式出道；4月9日，她因疲劳骨折而休演；7月18日，随组合发售第4张单曲碟《BINGO!》，她在该单曲中与柏木由纪、平嶋夏海共同成为Team B成员中的首次选拔成员（即单曲主要演唱成员）；9月22日，随Team B赴中国北京市参加在中国艺术研究院举办的“中日文化人恳谈会2007—开放的学院in北京”活动，并进行首场海外公演；12月31日，首次随AKB48登上“NHK红白歌会”的舞台。
2008年，渡边麻友移籍至演艺尾木制作公司；10月，与同事务所的仲川遥香、平嶋夏海、多田爱佳组成AKB48的分支团体“廊下奔走队”（后更名为“廊下奔走队7”），其前身为3月组成的“点心姐妹”（“お菓子なシスターズ”）。
2009年，随廊下奔走队推出她们的第1张单曲碟《初恋ダッシュ/青い未来》并出道，该单曲首周销量达12888张，获得日本公信榜第10名；4月22日，随廊下奔走队推出她们的第2张单曲碟《Singleやる気花火》，该单曲首周销量达12178张，获得日本公信榜第9名；6月，在作为AKB48第1届选拔总选举的“AKB48第13张单曲选拔总选举”中，渡边麻友获得了总排名的第4位，在当时15岁以下的成员中，她是进入前五名的唯一成员；11月11日，随廊下奔走队发售第3张单曲碟《シングル完璧ぐ～のね》，该单曲首周销量达23272张，获得日本公信榜第7名。
2010年，她随AKB48主演的校园剧《马路须加学园》播出，在剧中饰演马路须加学园的二年级生鼠女；3月17日，随廊下奔走队发售第4张单曲碟《シングルアッカンベー桥》，该单曲首周销量达27441张，获得日本公信榜第1名，这不但使得该队成为AKB派生组合中第一个取得日本公信榜周冠者，也使得她们成为继2002年迷你早安后8年来又一个获得公信榜周冠的女子偶像团体的分支团体；6月9日，渡边麻友在AKB48第2届选拔总选举“AKB48第17张单曲选拔总选举‘向母亲发誓，这是真的’”中，获得总排名第5名；6月30日，随廊下奔走队发售第5张单曲碟《青春のフラッグ》，该单曲的首周销量达39552张，获得日本公信榜第4名；同日，其所属组合“廊下奔走队”正式改名为“廊下奔走队7”；9月1日，随廊下奔走队的名义发售第6张单曲碟《ギュッ》，该单曲首周销量达38021张，获得公信榜第2名；9月15日至16日，随TeamOgi参加了尾木制作举办的首次“TeamOgi祭”活动；9月21日，在“AKB48 19th单曲选拔猜拳大会”中落败。
2011年，随廊下奔走队7发售第7张单曲碟《バレンタインキッス》，该单曲首周销量达95321张，获得日本公信榜第2名；5月13日，发售个人首本写真集《まゆゆ》，该写真集在日本公信榜周榜的综合书籍部门中排名第三，在写真集部门中排名第一；6月7日，在AKB48第3届总选举“AKB48 22nd单曲选拔总选举‘当年也是认真的’”中，连续第二年获得第五名，并进入了媒体选拔组；同年，在“AKB48香港选拔总选举”中则获得第2位；6月12日、13日，在中国台北市西门町的AKB48台湾专门店举行首次开幕纪念握手会；8月3日，随廊下奔走队7的名义，发售第8张单曲碟《へたっぴウィンク》，该单曲首周销量达80017张，获得日本公信榜第2名；9月24日，参加在上海外国语大学举办的上海日本文化周活动，为感谢中国粉丝对东日本311大震灾给予的帮助而举行免费上海公演；10月9日，参加在越南河内举行的“第二届日越友好音乐祭”；10月22日，与浅仓大介共同成为《GIRLS' FACTORY》的固定MC；11月30日，随廊下奔走队7发售第9张单曲碟《希望山脉》，该单曲首周销量达92621张，获得日本公信榜第3名；12月13日，在动画《AKB0048》声优公开甄选中合格，成为该动画的9名正式声优之一。
2012年，其单独主演的个人首部电视剧《欺诈偶像》播出；2月2日，渡边麻友确定担当动画《AKB0048》中女主角之一“园智恵理”的声优；2月29日，渡边麻友以个人身份正式出道，推出首张个人单曲碟《怦然心动》（シンクロときめき），其中A面曲《怦然心动》为电视剧《欺诈偶像》的片头曲，B面曲的《鲭鱼罐头》为该剧的片尾曲，该单曲碟首周销量达123237张，获得公信榜第二名，从而成为AKB48中第4位SOLO出道的成员；3月9日、16日，随廊下奔走队7共同参与配音的TV动画《蜡笔小新》中的《宇宙家族野原》上下两集播出，她在动画中为其本人角色配音；4月26日，由动画《AKB0048》的9名声优选拔成员组成衍生团体“NO NAME”；5月30日，随廊下奔走队7发售第10张单曲碟《少年よ嘘をつけ!》，该单曲碟首周销量达6.7万张；6月，在AKB48第四届总选举“AKB48 27nd单曲选拔总选举”中获得第2名，总票数达72574票，并于同期间举行的“中国AKB48总选举”中获得第1位；7月25日，推出第2张个人solo单曲碟《大人ジェリービーンズ》，该单曲碟发售首周销量达87993张，获得公信榜第三名；8月1日，随“NO NAME”发售首张单曲碟《希望について》，其中收录了动画《AKB0048》的片头曲《关于希望》和片尾曲《梦想不断重生》；8月24日，在AKB48的东京巨蛋演唱会“AKB48 in TOKYO DOME 〜1830mの梦〜”的首日公演中，宣布渡边麻友移籍至AKB48 TeamA；11月1日，她正式移籍至AKB48 TeamA；11月2日，渡边麻友在Team A的初日公演中，代替已毕业的前田敦子，成为Team A的Center（中心站位成员）；11月10日，其作为主演参与配音的动画电影《被狙击的学园》上映，她在片中为主人公凉浦夏希配音；11月21日，发售第3张个人SOLO单曲碟《闪闪发光的万物》（ヒカルものたち），其中的B面曲《离别之桥》为动画电影《被狙击的学园》的主题曲，该单曲碟首周销量达91907张，获得日本公信榜周榜第一；12月30日，随AKB48凭借《真夏のsoundsgood!》连续第二年获得日本唱片大奖，渡边麻友代替已毕业的前田敦子作为Center在“第54届日本唱片大奖”颁奖典礼中发言；12月31日，随AKB48在“第63回NHK红白歌合战”中连续第四年出场。
2013年，随AKB48推出第30张单曲碟《So long!》，她在该单曲碟中首次担任Center；2月11日，渡边麻友主演的青春校园剧《So Long!》播出；2月17日，随NO NAME举办该组合的第一次单独公演“AKB0048 NO NAME FIRST KILA LIVE”；3月13日，与大岛优子、高桥南、岛崎遥香等9名成员成为AKB48的宣传小分队“Team BS”选拔成员，并随该队参加日本NHK-BS系列频道的电视节目；4月10日，随NONAME发售第二张单曲碟《この涙を君に捧ぐ》；4月19日，发售她的个人第二本写真集《渡边麻友制服图鉴最后の制服》；6月8日，在AKB48得第五届总选举“AKB48 32nd单曲选拔总选举”中，她获得了101210票，总排名第三名；7月10日，推出个人第4张SOLO单曲碟《小号练习中》，该单曲碟获得了日本公信榜第三名；9月1日，渡边麻友举办了单曲碟《小号练习中》的纪念SOLO演唱会《<小号练习中>发售纪念SOLO演唱会～Mayu'sレストラン全曲フルコースを召し上がれ～》；11月1日，她参与日语版配音的美国电影《波西·杰克逊与魔兽之海》首映，在片中为女主角安娜贝斯（亚历珊德拉·达达里奥饰）配音。
2014年，渡边麻友迎来了成人日，她出席了AKB48成人式纪念写真发表会；2月24日，在“AKB48グループ大组阁祭り〜时代は変わる。だけど、仆らは前しか向かねえ!〜”活动中，渡边麻友从Team A被移动到TeamB；4月21日，开始担任音乐节目《Utage》的主持人助理；4月21日，参加了她作为Team A成员的最后一场Team A公演；同日，她与中居正广共同主持的TBS系音乐节目《UTAGE!》开播；4月28日，她参加了Team B的“パジャマドライブ”首日剧场公演；5月21日，随AKB48发售第36张单曲碟《ラブラドール・レトリバー》，这是她第二次担任该组合的单独Center；6月7日，在AKB48第六届总选举“AKB48 37th单曲选拔总选举”中，她获得了当时选拔总选举史上最多的15万9854票（其中约3万5千余票是中国粉丝投的），总排名第一名，她也因此成为了在所有6次选拔总选举中唯一一个每次都进入前七名的成员；7月19日，她作为旁边参与配音的剧场版动画《精灵宝可梦：皮卡丘，这是什么钥匙？》上映；8月27日，她第三次单独担任AKB48 Center的第37张单曲《心のプラカード》发售；9月3日，获得了“The best beauty week award 2014”长发部门的奖项，这是她首次以个人身份获得的奖项；11月26日，随AKB48发售第38张单曲碟《希望的リフレイン》，在该单曲碟中渡边麻友与宫胁咲良首次共同担任双Center。
2015年，渡边麻友与稻森泉双主演的电视剧《战斗吧！书店女孩》播出，在剧中饰演从新宿店调往吉祥寺店工作并负责漫画部门的北村亚纪，这是她首次主演黄金档电视剧，也因此成为继前田敦子之后，第二位主演黄金档电视剧的AKB48成员；6月6日，在AKB48第七届总选举“AKB48 41st单曲选拔总选举”中获得165789票，总排名第三名；6月10日，发售个人第5张solo单曲碟《出逢いの続き》（邂逅的续篇），其中收录了其主演电视剧《战斗吧！书店女孩》的主题曲，该单曲碟销售量达4.8万张，获得了日本公信榜第二名；6月14日，渡边麻友出演的纪实节目《情热大陆》播出，该节目在距该年选拔总选举开票日为止的40天时间内进行了贴身采访，这也是该节目中继前田敦子、大岛优子之后第3位AKB48成员出演。
2016年，她参演的由泽尻英龙华主演的时代剧《大奥》播出，在剧中饰演对后宫心机恶斗冷言旁观，但却被恶女“美代”吸引大奥侍女“志摩”；2月7日，其参与配音并演唱主题曲的动画《魔法使光之美少女！》播出；3月12日，她参演的朝日台SP悬疑剧《买地方报的女人～作家杉本隆治的推理》播出，在剧中挑战了艺妓的角色；4月20日，随AKB48主演的电视剧《AKB Love Night 恋工场》播出，她凭借在第35集《我的保镖》中不俗的演技，在观众与评审投票评选中被选为最受欢迎的主演，得到了2017年春季剧主演资格；6月18日，在AKB48第八届选拔总选举获得第二名；7月23日，渡边麻友与宫胁咲良共同主演的日美合作悬疑剧《乌鸦血》播出；10月26日，发售个人第三本写真集《知らないうちに》，该写真集在日本公信榜周榜的综合书籍部门和写真集部门中获得第一名；10月30日，其出演的喜剧《女公关须加学园》播出；12月31日，她在NHK红白歌合战“AKB48梦之红白选拔”中获得了第4名。
2017年，她主演了朝日电视台爱情喜剧《再见了，江成君》，在剧中饰演有多次恋爱经历的“腹黑女”桐山佐织；6月17日，在“AKB48 49th选拔总选举”中获得第二名，在发表感言时宣布了于年内从AKB48毕业的消息，她在目前举办过9次的AKB48选拔总选举均有参加、且全部位居前五名；9月27日，其出演的时代剧《名奉行！远山金四郎》播出；10月31日，在老家日本埼玉县举行了毕业演唱会“渡辺麻友卒业コンサート〜みんなの梦が叶いますように〜”；11月22日，随AKB48发售第50张单曲碟《11月のアンクレット》，这是她在AKB48单曲中最后一次担任Center位置，该单曲碟中收录了她的毕业歌《サヨナラで终わるわけじゃない》（不是说再见就结束）作为C/W曲；12月20日，在毕业演唱会上发表了自己的首张个人专辑《Best Regards》；12月26日，她在AKB48剧场举行了作为AKB48成员的最后一场舞台演出“渡边麻友毕业公演”；12月31日，随AKB48参加第68届NHK红白歌会，在红白歌会的“由观众所选择的梦之红白SP Medley”企划中，以渡边麻友为中心的单曲《11月のアンクレット》获得了第一名，在红白现场演唱了包括此曲在内的3首歌曲后把麦克风放下，渡边麻友正式结束了她在AKB48的活动。
2018年，渡边麻友的官方个人粉丝俱乐部“W3M∞”正式成立；4月2日，其出演的由唐泽寿明主演的TBS特别剧《癌症消灭的陷阱~完全缓解之谜~》播出，在剧中饰演保险调查员水岛琉璃子；5月18日，她主演的音乐剧《天使爱美丽》开演，该剧改编自同名法国电影；8月4日，她主演的爱情悬疑剧《直到这场雨停止那天》播出，在剧中饰演梦想成为音乐剧演员的少女森村光；8月13日，她参演的时代剧《名奉行！远山的金四郎》播出；9月1日，其出演的由福田雄一执导的悬疑喜剧音乐剧《天使之城》开演，在剧中饰演社交界名媛玛萝莉。
2019年，她参演的时代剧《纪州藩主 德川吉宗》播出；4月1日，其出演的由广濑铃主演的NHK晨间剧《夏空》播出，在剧中饰演在东洋动画中作为见习者就业的职员三村茜，于第59集登场；4月28日，渡边麻友在指原莉乃的毕业演唱会上担任开场影像的旁白，并与指原莉乃共同演唱歌曲《アボガドじゃね〜し…》，这是她从AKB48毕业后第一次在AKB48的舞台上登场；7月22日，宣布暂停歌迷俱乐部“W3M∞”的运营。
2020年，宣布因健康原因从日本演艺圈隐退，并表明她与事务所的合约已于5月31日结束，她因此成为了AKB48“初代神7”中从演艺圈隐退的首位成员；同日，她关闭了所有个人社交平台账号和官方网站。
夏空2019-04-01 饰演三村茜 导演木村隆文 主演广濑铃
纪州藩主 德川吉宗 2019-02-08 饰演市 主演山本耕史
名奉行！远山的金四郎2018-08-13 饰演おたね 导演下山天 主演松冈昌宏
直到这场雨停止那天2018-08-04 饰演森村光（主演） 导演金子与志一 主演堀井新太
癌症消灭的陷阱~完全缓解之谜~2018-04-02 饰演水岛瑠璃子 导演竹村谦太郎 主演唐泽寿明、渡部笃郎、及川光博
名奉行！远山金四郎2017-09-27 饰演おたね 导演吉田启一郎 主演松冈昌宏
再见了，江成君2017-04-30 饰演桐山佐织（主演） 导演佐藤太 主演江成一树、池田成志
拯救残念君的菜谱2017-04-30 饰演桐山佐织
女公关须加学园2016-11-13 饰演鼠女/海鳗（第3话） 导演中茎强 主演宫胁咲良、横山由依
AKB Love Night 恋工场2016-09-01 饰演Emilia（第35话主演） 导演丸毛典子 主演大贯勇辅
乌鸦血2016-07-23 饰演矶崎薰（主演） 导演西村了 主演宫胁咲良、三浦贵大
买地方报的女人～作家杉本隆治的推理2016-03-12 饰演雪乃 导演竹山洋 主演田村正和、广末凉子
大奥2016-01-22 饰演お志摩（第一部） 导演林彻 主演泽尻英龙华
AKB恐怖夜 肾上腺素之夜2015-10-29 饰演真由美（第7话主演） 导演井上雄介 主演龙坐
马路须加学园52015-08-25 饰演鼠女（第2话） 导演大谷太郎 主演岛崎遥香、宫胁咲良
战斗吧！书店女孩[43] 2015-04-14 饰演北村亚纪（主演） 导演白木启一郎、木内健人 主演稻森泉、千叶雄大
马路须加学园42015-03-31 饰演鼠女（最终话） 导演岩本仁志 主演宫胁咲良、岛崎遥香
水手服僵尸2014-04-19 饰演Mayu 导演渡部亮平 主演大和田南那、川荣李奈
恋爱幸运曲奇2013-07-08 饰演田边美香（第2话） 导演三木康一郎 主演大杉涟、竹财辉之助
So Long!2013-02-11 饰演川上双叶（第一夜） 导演大冢恭司 主演篠田麻里子、须贺健太
三日僧2009-07-04 导演夏目大一朗 主演冢原大助
Best Regards! 2017-12-20
出逢いの続き 2015-06-10
ラッパ练习中 2013-07-10
ヒカルものたち 2012-11-21
大人ジェリービーンズ 2012-07-25
シンクロときめき 2012-02-29
トライアングラー 2015-04-22 收录于坂本真绫20周年纪念专辑《REQUEST》
终わらない歌 2015-08-19 以“清水信之 with Best Friends”名义发行
正しい魔法の使い方(映画サイズ) 2016-10-26 收录于《映画魔法つかいプリキュア!》原声带集
UFO 2017-11-15 以“柏木由纪&渡辺麻友(AKB48)”名义发行
正しい魔法の使い方 2018-10-31 收录于《プリキュア映画主题歌コレクション3》
2017 第九届“AKB48第49张单曲选拔总选举”第二位 149132票 （获奖）
2016 第八届“AKB48第45张单曲选拔总选举”第二位 175613票 （获奖）
2015 第七届“AKB48第41张单曲选拔总选举”第三位 165789票 （获奖）
2014 第六届“AKB48第37张单曲选拔总选举”第一位 159854票 （获奖）
2013 第五届“AKB48第32张单曲选拔总选举”第三位 101210票 （获奖）
2012 第四届“AKB48第27张单曲选拔总选举”第二位 72574票 （获奖）
2011 第三届“AKB48第22张单曲选拔总选举”第五位 59118票 （获奖）
2010 第二届“AKB48第17张单曲选拔总选举”第五位 20088票 （获奖）
2009 第一届“AKB48第13张单曲选拔总选举”第四位 2625票 （获奖）
2014-09-03 2014年度The best beauty week award 长发部门 （获奖）
渡边麻友是正统派偶像美少女，是天生的偶像，也是为了成为偶像诞生的孩子。渡边麻友天生拥有着一张完美无瑕的面孔，再加上她那毫无掩饰、天真烂漫的可爱笑容以及得当的言行举止，因此被人们称作是AKB48当中“最具有偶像风格”的一个存在。萌是她与生俱来的天赋，双马尾姿态深入人心的她即时没有双马尾也可爱满分，每一个造型都很美，黑长直时清纯可人，长卷发时轻熟妩媚，短发时俏丽文静，穿制服清丽纯洁，穿运动装活力十足，穿泳装只觉得青春飞扬，镜头前她始终带着完美的笑容，随着年龄增长，也更多添一份成熟稳重。（AKB48综合制作人秋元康、腾讯娱乐、新浪娱乐综合评）
作为AKB48初代神七成员，她以元气满满的正能量，成为过去多年里最耀眼的星光少女和AKB48精神的完美践行者。作为王道偶像，渡边麻友在AKB48活动的11年里始终保持着“零绯闻”的形象，彻底严守禁爱令，这正是她作为正统偶像的一面，加上她出色的现场表演和粉丝福利，她作为偶像的高专业意识随处可见。她的经历在偶像史上刻下了深深的痕迹，而她的痕迹也绝对不会褪色。（新浪娱乐、日刊体育综合评）
渡边麻友虽然有淘气的地方，但却是个非常率真和认真的人。在AKB时代，作为偶像的她甚至超过了满分，表现得十分完美，非常厉害，值得尊敬。从AKB48还没有得到世人认可的时代开始，渡边麻友就一直和成员们在一起，作为偶像一次也没有辜负大家的期待，一直努力奔跑着，是48系团体的的骄傲。（高桥南、小嶋阳菜综合评）
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