9年，二阶堂在役所广司初次执导的电影《》中饰演女主角，得以初次参与戏剧演出。当时15岁的二阶堂于选角会中，在约50人中获选。2011年，和染谷将太凭在园子温执导的《庸才》中饰演主角，两人一起获得第68届威尼斯电影节最佳新人奖。这是首次有日本人夺得威尼斯电影节的最佳新人奖。2020年，获选NHK晨间剧欢唿担任女主角，饰演知名作曲家古关裕而的妻子金子。同年底担任NHK红白歌合战红组主持人。
人物.2012年，在高中三年级时，二阶堂同时拍摄多部电影和电视剧，经常将准备大学考试的参