芦田爱菜于2004年6月23日出生于日本兵库县西宫市，出生时体重2.8千克，身长46厘米。“爱菜”的名字有《圣经》中的“满足灵魂饥饿的面包”“从神那里给予的生命”的涵义。
　　芦田爱菜的母亲称其从小时候便对角色扮演有兴趣，而父母的教育也引导了爱菜走上了演艺之路。
　　芦田爱菜3岁进入Jobby Kids演艺经纪公司，2009年，出演朝日放送的《ABC短篇电影2：大冒险妈妈》，开始其演艺生涯。同年出演电影《仰望半月的夜空》与《告白》。
　　2010年，参与连续剧《Mother》而受到注目，并得到第65回日剧学院赏新人奖，成为该奖项史上最年轻得主。同年，出演电影《新人鬼情未了》，并藉此获得第34届日本电影学院奖新人奖。12月，由芦田爱菜与爱菜Project共同完成的书籍《爱菜学》发行，这本书介绍了芦田爱菜的早期出道经历以及其父母对孩子的教育方式。
　　2011年，参与了《再见了我们的幼稚园》的演出，以六岁的年龄创下日本电视剧史上最年少主角纪录。同年主演的电视连续剧《高护木的规矩》在关东地区平均收视率为15.8%，最终回高达23.9%，成为日本2011年春季连续剧收视第二高的剧集。
　　芦田爱菜因在《高护木的规矩》与《再见了我们的幼稚园》中的表现获得第69届日剧学院奖最佳女主角奖。此后与铃木福及MOOK共同演唱的《高护木的规矩》主题曲，并将该曲作为单曲发布，售量进入日本公信榜周榜前十。4月，成为日本《小学一年生》杂志特邀封面人物。5月5日，参与《日本放送》节目并担任主持人一职，因此成为历史上年纪最小的电台主持人。8月，由其主演的漫画改编电影《白兔糖》上映，芦田爱菜在电影中饰演孤儿“凛”一角，此后因在《阪急电车》与《白兔糖》中的表现而获得2012年第54届蓝丝带奖新人奖。2011年10月，推出单曲《美好的星期日～Gyu Gyu Good Day！～》而进军歌坛。
　　2012年3月，爱菜开始在时尚杂志《VOGUE Japan》担任模特，并成为历史上年龄最小的《VOGUE》封面人物。同年出演电视剧《美雨》，并为其演唱主题曲《对雨许愿》。8月，《对雨许愿》作为单曲发行。11月，再次担任《VOGUE Japan》的模特。12月27日在东京品川区立综合区民会馆举行首场个人演唱会，成为J-Pop史上最年轻的个人演唱会举办者。芦田在演唱会上演唱了自己的歌曲，并翻唱了少女偶像天团AKB48的经典曲目《Everyday、Katyusha》等。
　　2013年4月，在多伦多参与《环太平洋》的拍摄，出演该电影中的幼年真子。此前在东京进行选角会时被导演点名起用。《环太平洋》的出演是其在好莱坞迈下的第一步。芦田爱菜称，若有机会，将继续在好莱坞出演电影。同年饰演为纪念日越建交40周年而拍摄的《The Partner·给挚爱的百年朋友》中铃木樱一角。此外，其参与的《人生别气馁》与《圆桌》两部电影分别在2013年11月与2014年上映。
　　2014年1月，芦田爱菜出演的《明天，妈妈不在》在日本播出，该剧首集收视率达到14%。3月，出席第六届冲绳国际电影节。