新年早々にサブリーダーの早見あかりが、4月でグループを脱退することを発表。理由は、ももクロでの自身の存在意義やアイドルとしての適性について悩み続けた末、元々目指していた女優の道に進もうと決意したためであった。メンバーの精神的な支えでもあり、ライブではMC（進行役）を任されるなど欠かせない存在であったが本人の意志は固く、『4.10中野サンプラザ大会 ももクロ春の一大事』にてグループを脱退した。心機一転、グループ名を「ももいろクローバー」から「ももいろクローバーZ」へと改名。MC役の早見不在の状況を打破すべく、翌日からの一週間は『ももいろクローバーZ 試練の七番勝負』と題して、各界の著名人とのトークバトルを毎日開催。バラエティ能力に関して様々な課題が浮き彫りとなった。ライブは、Zepp Tokyoで2時間公演を1日3回詰め込み、計64曲をパフォーマンスするなど、気力・体力の限界に挑戦する企画も行っていた。夏に1stアルバム『バトル アンド ロマンス』をリリース。東京タワー下で行われた発売記念のフリーライブで「オレンジノート」の歌唱中に曲が止まってしまったが、ファンの手拍子と大合唱をバックにアカペラで最後まで歌いきった。「他流試合」と位置づけて、当時のアイドルとしては珍しくロックフェスに出演したり、氣志團などとの対バンを行ったりしていた。全日本プロレスに武藤敬司の弟子として登場したり、Animelo Summer Live（アニメフェス）やLOUD PARK（メタルフェス）などアイドルファンの少ない“アウェイ”なイベントにも積極的に参加したことで、従来のアイドルとは異なるファン層を獲得。「モノノフ」という呼称が定着し始めた。初の男性客／女性客限定ライブ『ももクロ秋の2大祭り「男祭り2011」「女祭り2011」』も実施。『ももいろクリスマス2011』を埼玉スーパーアリーナで開催するまでになった。一方で、テレビ出演の機会にあまり恵まれず、世間におけるグループの知名度は低いままであった。「Z伝説 〜終わりなき革命〜」や「労働讃歌」などの奇抜なシングル、前述の1stアルバムもあまり注目されることはなく、いずれも数万枚の売り上げにとどまった。
メジャー・デビューシングル「行くぜっ!怪盗少女」を発売。しかしテレビでほとんど取り上げられることがなく、出演した歌番組はNHK『MUSIC JAPAN』（アイドル特集の回）だけであった。他アイドルのファンにグループの存在が知られるきっかけになったが、一般層に浸透せずCDの売り上げも数万枚程度にとどまったため、この曲が世間に知られるのは後になった。当時所属していたレコード会社は、業界の慣例として“3か月に1枚シングルをリリース”“売り上げを最優先”といった方針であったが、事務所側はこれに反発。音楽的な面白さを追求するため、このシングルだけで契約を終了し、自由に楽曲を作りやすい環境にあったキングレコードへと移籍した。以降、同社の宮本純乃介が楽曲制作の指揮をとることになる。2ndシングル「ピンキージョーンズ」を皮切りに、オルタナティヴ・ミュージックやプログレッシブ・ロックの要素を取り入れた楽曲が増えていったのはこのためである。ステージでのパフォーマンスも向上し、アイドルフェス『TOKYO IDOL FESTIVAL（TIF）』などで他アイドルのファンを取り込むことに成功。年末に初のホールコンサート『ももいろクリスマス in 日本青年館〜脱皮:DAPPI〜』を開催するまでになった。ここから、数々のバラエティ番組や格闘技イベントを手がけてきた佐々木敦規によるライブ演出が始まり、プロレス会場さながらの煽りV（オープニング映像）などを導入。当日は1200席が満席となり、その光景を見たメンバーは次々に涙を流した。
父・フェデリコ・デル・トロ・トレス、母・グアダルーペ・ゴメスの息子としてメキシコのハリスコ州グアダラハラに生まれる。10代のはじめから映画に興味を持ち、『エクソシスト』の特殊メイクを手がけたディック・スミスに直接手紙を送っている。メキシコ国立自治大学付属映画学校で学んだ後にスミスの元で学び、メキシコに帰国後特殊メイク･造形の会社を立ち上げ10年以上特殊メイクに関わった。29歳の時からは本格的に映画監督にも乗り出す。マイク・ミニョーラの大ファンであり、『ヘルボーイ』の映画化は彼が長年夢見ていた企画であったが、原作者ミニョーラとともにヘルボーイ役にロン・パールマンの起用を主張したため、ジョン・トラヴォルタなどより知名度の高いスター俳優を望んでいたスタジオと対立。説得に7年を要し、製作費を大幅に削減されたが、デル・トロは「それでもロン抜きでは考えられなかった」と語っている。本作のヒットにより、製作会社を大手ユニバーサル・スタジオに移し、続編『ヘルボーイ/ゴールデン・アーミー』が製作され、2008年に公開された。また、『ヘルボーイ』準備期間中だった2001年、『ヘルボーイ』映画化へ向けての実験を兼ね、同じくコミック原作のアクション映画である『ブレイド2』の監督を引き受け、マイク・ミニョーラを美術監修に招いてのプラハロケを敢行。前作『ブレイド』を超えるヒットとなった。2006年、スペインで製作した『パンズ・ラビリンス』は世界的に高い評価を得、ファンタジー映画のヒットメイカーとして広く認知された。2007年、のちに『バードマン あるいは（無知がもたらす予期せぬ奇跡）』『レヴェナント: 蘇えりし者』で2年連続アカデミー賞作品賞を受賞するアレハンドロ・ゴンザレス・イニャリトゥ、『ゼロ・グラビティ』で第86回アカデミー賞8部門を受賞するアルフォンソ・キュアロンら2人のメキシコ人映画監督と共にメキシコで製作会社「チャチャチャ(Cha-Cha-Cha)」を設立。2008年、『ロード・オブ・ザ・リング』シリーズの前日譚である『ホビット』2部作の監督に就任し、製作総指揮のピーター・ジャクソンらと共に脚本も担当することになったが、相次ぐ資金や権利関係のトラブルなどで製作スケジュールが大幅に遅延したため、2010年に降板が発表された。監督はジャクソンが引き継ぐことになったが、脚本にはデル・トロの名前は変わらずクレジットされている。2009年には、チャック・ホーガンとの共著で初の小説『ザ・ストレイン』を発表。なお、この小説のオーディオブック版ではロン・パールマンによる朗読を聴くことが出来る。2014年からは同作に基づくドラマシリーズ『ストレイン 沈黙のエクリプス』の製作、製作総指揮、一部のエピソードの脚本並びに監督を務めている。2017年の『シェイプ・オブ・ウォーター』では監督を務め、第75回ゴールデングローブ賞の監督賞および第90回アカデミー賞の監督賞を受賞した。