pada 30 oktober 2005, ia lulus audisi anggota pendiri akihabara 48.
ia termasuk salah seorang dari 20 anggota pendiri (tim a) yang pertama kali naik panggung pada saat pembukaan teater akihabara 48 pada 8 desember 2005.
bersama dua anggota pendiri akb48 kazumi urano dan shiho watanabe, hirajima dipindahkan dari tim a ke tim b yang baru dibentuk.
pada oktober 2008, unit bernama watarirouka hashiritai dibentuk dari unit okashina sisters ditambah natsumi hirajima.
semua anggotanya berada di bawah manajemen production ogi. selain hirajima, aika ota, haruka nakagawa, dan mayu watanabe diikutsertakan sebagai anggota awal watarirouka hashiritai.
pada pemilihan umum singel ke-13 akb48 yang berlangsung dari mei hingga juli 2009, namanya berada di urutan ke-26.
hasil tersebut menjadikannya sebagai anggota under girls yang menyanyikan lagu sisi b pada singel ke-13 "iiwake maybe".
namanya bertahan di urutan ke-26 pada pemilihan umum singel ke-17 akb48 yang berlangsung dari mei hingga juni 2010, dan kembali terpilih sebagai anggota under girls untuk lagu sisi b singel "heavy rotation".
pada pertunjukan team b 5th stage "theater no megami" 25 februari 2011, hirajima mencatat total penampilan di pertunjukan teater sebanyak 777 kali.
hirajima juga memegang rekor sebagai anggota yang paling banyak tampil di pertunjukan teater akb48.
hingga 20 agustus 2011, ia tampil lebih dari 800 kali.
setelah dua kali berturut-turut berada di urutan ke-26 pada pemilihan umum tahun 2009 dan 2010, hasil pemilihan umum singel ke-22 akb48 yang berlangsung dari mei hingga juni 2011 juga menempatkannya di urutan ke-26.
hasil tersebut menjadikannya sebagai anggota under girls yang menyanyikan lagu sisi b untuk singel "flying get".
hirajima bersama aika ota mendapat peran utama dalam film batsu game 2 yang merupakan sekuel dari batsu game. film ini mulai diputar di jepang pada 21 april 2012.
kariernya sebagai anggota akb48 dan watarirouka hashiritai 7 harus berakhir setelah foto pribadinya bersama lawan jenis beredar di internet.
hirajima bersama rumi yonezawa mengajukan permohonan pengunduran diri kepada manajemen akb48 pada 28 januari 2012.
pada 5 februari 2012, acara bersalaman perorangan di tokyo big sight untuk merayakan dirilisnya singel "ue kara mariko" edisi teater merupakan penampilan terakhirnya sebagai anggota akb48.
meski tidak dipecat dari agensi artis production ogi, hirajima menghentikan kegiatan sebagai artis dan masuk perguruan tinggi mulai april 2012.
sejak dulu ia memang dikenal "senang sekolah", dan dikenal lebih mengutamakan sekolah sewaktu berada di akb48.
setelah menjadi mahasiswa, ia mulai belajar bahasa inggris dengan harapan dapat kuliah di luar negeri, dan juga mengikuti kursus memasak.
pada 27 juni 2012, 143 hari setelah keluar dari akb48, hirajima tampil dalam wawancara bersama mayu watanabe, termasuk ditanya tentang aturan dilarang berpacaran di akb48.
video wawancara sepanjang kira-kira 20 menit itu dijadikan bonus pada singel solo "otona jelly beans" tipe terbatas c dari mayu watanabe.
setelah berhenti dari akb48, hirajima memulai kembali kariernya sebagai aktris.
ia tampil dalam teater berjudul go, jet!
go! go! "i love you ga ienakute" yang dipentaskan di teater space 108 shinjuku dari 24 oktober hingga 29 oktober 2012.
pertunjukan drama tersebut juga menampilkan kazumi urano, rekannya satu agensi artis, sekaligus sesama generasi pertama akb48.
wawancara dengan hirajima setelah keluar dari akb48 dimasukkan dalam film dokumenter documentary of akb48 no flower without rain.
film tersebut diedarkan mulai 1 februari 2013 di jepang.
"sakura no hanabiratachi"
"sakura no hanabiratachi 2008"
dalam "goe diamond"
"goe diamond" (versi tim a) / bersama tim a
dalam "iiwake maybe"
dalam "ponytail to shushu"
dalam "heavy rotation"
dalam "chance no junban"
dalam "sakura no ki ni nar"
dalam "everyday, katyusha"
dalam "flying get"
dalam "kaze wa fuiteiru"
"vamos" / bersama under girls baragumi
dalam "ue kara mariko"
dalam "give me five!"
lagu unit pertunjukan teater
team a 1st stage "party ga hajimaru yo"
team a 2nd stage "aitakatta"
team a 3rd stage "dareka no tame ni"
team b 1st stage "seishun girls"
team b 2nd stage "aitakatta"
team b 3rd stage "pajama drive"
team b 4th stage "idol no yoake"
theatre g-rosso "yume o shinaseru wake ni ikanai"
"bye bye bye"
cadangan untuk minami minegishi dan haruka ishida
team b 5th stage "theater no megami"
ashita no watashi no tsukurikata (28 april 2007, nikkatsu)
batsu game 2 (april 2012, jolly roger)
majisuka gakuen 2 episode terakhir (1 juli 2011, tv tokyo)
akb 1-ji 59-fun!
(21 februari6 maret 2008, nippon television)
"akb48 nemousu terebi (family gekijo)
musim 1 (12 oktober 2008)
musim 4 (1 agustus/8 agustus 2010)
musim 8 (13 november/20 november 2011)
(317 maret 2010, nippon television)
shukan akb (19 maret 20102 april 2010, tv tokyo)
ariyoshi akb kyowakoku (30 agustus 2010, 21 oktober 2010, tbs)
akb48 conte "bimyo" (20 oktober, 3/17 november, 1/15 desember 2011, hikari tv)
arts fusion 2008 in kanagawa "drill damashi" yokohama genba-hen (27 februari1 maret 2009, kanagawa prefectural youth center)
arts fusion in kanagawa "drill damashi" yokohama gachinko-hen (26 februari28 februari 210, kanagawa prefectural youth center)
pertunjukan amal untuk korban gempa bumi dan tsunami tohoku 2011 go, jet!
go! go! "i love you ga ienakute" (2428 oktober 2012, space 107)
akb48 no all night nippon (23 juli 2010, 8 oktober 2010, 9 september 2011, 20 januari 2012, nippon broadcasting system)
blog resmi di watarirouka hashiritai 7 (arsip hingga 26 januari 2012)