2011年1月，小学5年级、仅10岁的上白石萌歌参加了第7届“东宝灰姑娘”试唱大奖赛，从4万余报名者中脱颖而出，1月9日在东京举行的发布会上当选为第7代同时也是年龄最小的“东宝灰姑娘” ；其姐姐上白石萌音（12岁）则获得评审员特别奖 。9月，上白石萌歌和姐姐萌音一起首次参与Hip hop组合“HOME　MADE　家族”第6张专辑《AKATSUKI》收录曲《スターとライン》的音乐视频录制 。11月，由萌歌和萌音等四位“第七届东宝灰姑娘”获奖者共同出演、三木孝浩的短片电影《空色物语》在东京试映 。 2012年1月，在WOWOW台的电视连续剧《分身》中初次以女演员身份亮相，分饰两个性格迥异的女大学生氏家鞠子和小林双叶的少女时代 。2013年，出演电视剧《幽灵女友》中三年二组学生藤田朋美。9月，作为青少年时尚杂志《ピチレモン》（学研）的专属模特，代表其在巴黎举办的“トーキョー クレイジー カワイイ パリ”活动中登场 。2014年，出演电视剧《金田一少年事件簿N》游佐 チエミ。12月，与第一代“东宝灰姑娘”泽口靖子首次合作，共同出演朝日电视台《科捜研の女～年末スペシャル》中的科学搜查研究人员榊マリコ和其中学时代 。2015年，在富士电视台《钱的战争》中客串演出。3月10日，作为歌手身份正式出道，负责NHKE电视动画《はなかっぱ》（花样河童）的主题曲《ス・マ・イ・ル》，并决定在初夏发售CD 。4月，参与拍摄歌曲《脳浆炸裂ガール》的同名真人电影，与アベユーイチ导演合作 。6月，确定在2016年1月30日青年指挥家山田和树的东京古典音乐会上进行朗诵 。2016年，与东出昌大、黑岛结菜合作主演悬疑电视电影《さよならドビュッシー ～ピアニスト探侦 岬洋介～》，饰片桐ルシア 。