1998年，加入Stardust Promotion旗下的ANGEL EYES，編號為No.61，當時年齡為10歲。

　　2005年12月，參加了AKB48第一期的甄選（參加人數7924人），并且為合格24人之一，加入AKB48。

　　2006年10月25日，以單曲《想見你》正式出道，之后被傳從埼玉縣立大宮武藏野高等學校（日語：埼玉県立大宮武蔵野高等學校）退學以專注演藝事業。實際上，在周刊ノースリー部廣播里（2012.04.20），其本人親口證實，雖然曾留級一年，但最后順利從高中畢業。

　　2007年7月3日，與高橋南、峯岸南移籍尾木制作。12月31日，參加第58回NHK紅白歌合戰，作為AKB48的一員，在紅白初登場。

　　2008年9月2日，與高橋南、峯岸南兩人合組no3b，并于同年11月26日發行單曲《RELAX!》，首周進入公信榜第十三名。10月10日，主演電視劇《帥男偶像》（no3b主演）日本首播 ?。11月26日，以no3b為名義的CD發售。

　　2009年3月18日，以ノースリーブス（no3b）身份，發行第二張單曲《タネ》。7月8日，在13th單曲選拔總選舉獲得第6名。8月24日，在日本武道館舉行“AKB104選抜組閣祭演唱會”第三場公演上被宣布移動到新TEAM A開始活動。 ?11月25日，以ノースリーブス（no3b）身份，發行第三張單曲《キスの流星》。

　　2010年1月8日，與前田敦子、大島優子主演電視劇《真假學園》日本首播 ?。3月，成為TBS電視臺 AKB48固定番組“有吉AKB共和國”的主持。4月20日開通個人Twitter，成為成員內第二個開通個人Twitter的人。4月21日，以ノースリーブス（no3b）身份，發行第四張單曲《Lie》 。5月，成為雜志《MAQUIA》的專屬模特。6月9日，在17th單曲總選拔獲得第7名。8月4日，以ノースリーブス（no3b）身份，發行第五張單曲《君しか》。9月15、16日以Team Ogi的名義參加了尾木制作首次舉辦的Team Ogi祭。9月21日，在由猜拳決定的19th單曲選拔中獲得第3名。

　　2011年1月1日，以ノースリーブス（no3b）身份，發行第一張同名專輯《ノースリーブス》，并且第一次獲得日本公信榜第一名。1月22日，主演的《AKB48紀錄片：未完待續》在日本上映 ?。3月2日，以ノースリーブス（no3b）身份，發行第六張單曲《Answer》 ，并且擔任動漫《惡魔奶爸》的片尾曲。并首周登上公信榜的第二位。6月9日，在22th單曲選拔總選舉上獲得第6名成績。 ?6月29日以ノースリーブス（no3b）身份，發行第七張單曲《唇 觸れず》，并首周登上日本公信榜第三位，首周銷量達到十萬，打破了no3b以往的記錄。7月15日，出演的電視劇《原來是美男》日本首播 ?。9月20日，在由猜拳決定的24th單曲選拔中獲得第13名。她成為參與過所有1st-24th單曲選拔的成員。 ?10月9日，參加日越友好音樂祭。

　　2012年1月27日，主演《AKB48紀錄片：演出繼續》在日本上映 ?。6月6日，在東京武道館，AKB48第四次總選舉中排名第七位（票數54,483）。 ?8月 ，登上了fashion雜志《anan》（MAGAZINE HOUSE）的慣例企畫“SEX特集”的封面與寫真版面。8月10日發行的以陽菜為表紙的《anan》截止到22號已經賣出60萬部，發行量達到了80萬部。8月24日，AKB48 in TOKYO DOME～1830mの夢～東京巨蛋演唱會首日宣布移籍至Team B ?。8月27日，于AKB48劇場舉行“前田敦子卒業公演”。9月18日，于日本武道館舉行AKB48第29張單曲選拔猜拳大會，但在第三回合時輸了給梅田彩佳，這是小嶋陽菜首次未參加單曲選拔 ?。10月13日，主演劇場版《私立馬鹿蘭高?！??。11月1日，“組閣后新體制”實施，正式成為Team B（梅田Team B）的成員。 ?11月3日，作為Team B“Waiting（ウェイティング）”公演初日的登場成員，開始了在新Team的活動。 ?

　　2013年2月11日，主演電視劇《So Long!》首播 ?。2月20日，作為代言人為少女內衣品牌PEACH JOHN拍攝的新一季廣告播出 完整版在Youtube上播放超過450萬次，榮登日本區第一。3月15日，主演的深夜劇《メグたんって魔法つかえるの》（小惠你會使用魔法嗎）漫畫寫真書出版，3月25日于福家書店新宿店舉行握手會。3月30日，參加TBS 2013 オールスター感謝祭 SP節目，因猜中mini馬拉松的冠軍而獲得25萬日元獎金。4月6日，于幕張メッセ劇場盤握手會上正式提交報名表，參加AKB48 32ndシングル選拔總決賽。6月8日，在AKB48第五次總選舉中獲得第9位（票數67424）。 ?9月18日，成為AKB48第33張單曲ハート エレキ的center。 ?

　　2014年2月24日，轉籍到Team A。 ?5月30日出演電影《薔薇色的布子》日本首映 ?。6月7日，AKB48第六回選拔總選舉在味之素體育館進行了開票活動，小嶋陽菜獲得第8名。 ?7月18日，小嶋陽菜出演的日劇《青之炎》在東京臺深夜放送 ?9月17日 - 于“AKB48 Group 猜拳大會2014”中獲得2位。 ?

　　2015年，客串1月19日播出的《馬路須加學園4》第一集 ?，1月25日，入選AKB48第39張單曲碟《Green Flash》十六名選拔成員，和柏木由紀成為雙center ?。3月24日，新寫真集《どうする？》發售 ?。6月7日，主演的TBS系SP劇《3個小鎮故事》首播，在劇中飾演一名一心一意朝著夢想努力的積極少女 ?。同年，亦宣布不參加“AKB48第41張單曲選拔總選舉”。 ?

　　2016年4月15日，在臺灣花漾Hana展演空間舉辦粉絲見面會。 ?4月18日，首個冠名節目《我是小嶋陽菜!》在東京臺播出。 ?6月18日，於「AKB48第45張單曲選拔總選舉」中使用“にゃんにゃん仮面”的身份參加獲得第16名，并在發表感言中宣布從將AKB48畢業。 ?