Erste internationale Erfahrungen sammelte Masumi Aoki bei den Jugendweltmeisterschaften 2011 nahe Lille, bei denen sie im 200-Meter-Lauf bis in das Halbfinale gelangte und mit der japanischen Sprintstaffel (1000 Meter) in der Vorrunde ausschied. 2014 nahm sie erstmals an den Asienspielen im südkoreanischen Incheon teil, schied dort über 100 Meter Hürden in der ersten Runde aus und gewann mit der japanischen 4-mal-100-Meter-Staffel in 44,05 s die Bronzemedaille hinter den Mannschaften aus China und Kasachstan. 2016 wurde sie bei den Hallenasienmeisterschaften in Doha über 60 m Hürden in 8,36 s Vierte. 2018 nahm sie erneut an den Asienspiele in Jakarta teil und belegte dort in 13,63 m den fünften Platz über die Hürden und auch mit der Staffel platzierte sie sich auf diesem Rang. Im Jahr darauf gewann sie bei den Asienmeisterschaften in Doha in 13,28 s die Bronzemedaille im Hürdenlauf hinter ihrer Landsfrau Ayako Kimura und Chen Jiamin aus China. Bei den IAAF World Relays in Yokohama holte sie gemeinsam mit Ayako Kimura, Shunya Takayama und Taiō Kanai die Silbermedaille in der erstmals ausgetragenen Hürden-Pendelstaffel. 2021 egalisierte sie mit 12,87 s den wenige Tage zuvor von Asuka Terada aufgestellten Nationalrekord.