岐阜県岐阜市の生まれ。1993年に“第６回ジュノン・スーパーボーイ・コンテスト”で準グランプリを受賞して芸能界入り。当初は“阿部純大”の芸名で、しばらく目立った活動はなかったが、97年の日本テレビ『デッサン』の端役でドラマ初出演。この時すでに本名の“伊藤英明”に名前を改めている。その後はフジテレビ『踊る大捜査線・歳末特別警戒スペシャル』97、『OUT／妻たちの犯罪』99などのドラマに出演。99年の滝田洋二郎監督「秘密」で本格的に映画デビューも果たす。2000年には、テレビ朝日『YASHA／夜叉』で連続ドラマ初主演。さらに映画初主演の須賀大観監督「ブリスター！」00で高崎映画祭新人賞を受賞し、翌01年にはエランドール賞新人賞も受賞するなど、着実にキャリアを積んだ。180cmを超える長身と甘いマスクを活かして、佐藤信介監督「LOVE SONG」01、滝田監督「陰陽師」01・03や、フジテレビ『救命病棟24時』01、NHK大河ドラマ『利家とまつ・加賀百万石物語』02などのドラマで活躍を続ける。そして04年、羽住英一郎監督「海猿」に主演。伊藤演じる主人公の仙崎大輔を中心に、海上保安庁の潜水士たちの活躍を描いた海洋アクションで、翌05年に続編となるテレビドラマ版、06年には劇場版第２作の「LIMIT OF LOVE／海猿」が作られ興行収入71億円の大ヒットとなる。この成功をきっかけに、出演作がエンタテインメント大作中心にシフト。三池崇史監督の無国籍アクション「スキヤキ・ウェスタン／ジャンゴ」07、レスキュー隊員の活躍を描く災害パニック「252・生存者あり」08、白土三平の忍者漫画が原作の「カムイ外伝」09などに出演する。テレビドラマはほかに、フジテレビ『天体観測』02、『白い巨塔』03、『ファースト・キス』07、『ブザー・ビート／崖っぷちのヒーロー』09、日本テレビ『ぼくの魔法使い』03、『高校生レストラン』11、TBS『弁護士のくず』06、『孤独の賭け・愛しき人よ』07、NHK『ラストマネー・愛の値段』11など。最大の代表作となった「海猿」は、完結篇を謳った第３作「THE LAST MESSAGE／海猿」10も大ヒットし、第４作となる「BRAVE HEARTS／海猿」が12年夏公開予定で待機中。