2015年8月21日,榉坂46举行最后一轮成员审查活动,平手入选最终22人合格者名单并由此踏入演艺生涯。平手友梨奈2016年4月6日,随榉坂46发行出道单曲《沉默的多数》,在该单曲中平手被任命为组合的Center成员,单曲同时收录了平手的首支独唱曲目《山手线》。7月2日,与演员八木莉可子共同出演由日本放送协会与ACJapan制作的2016年度视频短片《フリする女の子》。7月17日,以本名出演的悬疑推理剧《谁杀了德山大五郎》首播。8月10日,榉坂46第二张单曲作品《世界只有爱》发售,平手第二次担任组合Center成员,单曲内收录其个人演唱曲目《PARCO从涩谷消失的那一天》。10月8日,平手参加了在国立代代木竞技场第一体育馆举办的GirlsAward2016AUTUMN,WINTER活动。11月30日,平手担任榉坂46第三张单曲《二人季节》Center成员。12月25至26日,参演榉坂46出道后举办的首个组合单独演唱会。12月31日,首次出演NHK红白歌合战,随组合演唱出道曲《沉默的多数》。2017年2月28日,平手成为由AKB48,乃木坂46,榉坂46成员组成的衍生组合“坂道AKB”Center成员；由坂道AKB演唱的曲目《你最爱的是谁？》收录在AKB48第47张单曲《ShootSign》中。3月23日,个人常驻广播节目《SCHOOLOFLOCK!》开播,平手担任节目每月第三周女子班级主持人。4月5日,在榉坂46第四张单曲作品《不协和音》中担任Center成员。4月6日,日本放送协会节目《SONGS》播出平手友梨奈纪录特辑——《平手友梨奈—那个舞台是心中的呐喊》。5月3日,参加GirlsAward2017AUTUMN,WINTER活动。5月18日,出演悬疑电视剧《残酷的观众们》,在剧中饰演叶山柚木。7月13日,平手就任音乐赛事“未确认Festival2017”应援女孩。7月19日,榉坂46第一张专辑作品《抹黑纯真》发售,其中收录有平手演唱的个人曲目《我的棺木》。7月22日至23日,参演榉坂46的首个户外演唱会“榉共和国2017”。10月25日,在榉坂46的第五张单曲《就算风吹》中担任Center成员。12月6日,在电视节目《FNS歌谣祭2017》第一夜中与歌手平井坚合作表演节目《非虚构》。12月31日,参演第68回NHK红白歌合战,演唱单曲《不协和音》。公式照2018年1月13日,平手被诊断为肱三头肌损伤并确认修养1个月；经运营方协议决定,榉坂46原定于1月30日至2月1日在日本武道馆举行的公演活动取消。3月7日,平手随榉坂46发行第六张单曲《打破玻璃！》,连续六张单曲担任Center成员,单曲同时收录有平手独唱歌曲《黎明的孤独》。3月9日,广播节目《榉坂46这里是有楽町星空放送局》宣布平手不再担任该节目主持人。7月20至22日,平手参演了榉坂46在山梨县富士急高原游乐园举行的“榉共和国2018”大型音乐节,自受伤后时隔11个月重返演唱会舞台。8月15日,榉坂46第七张单曲《矛盾心理》发行,平手连续七张单曲担任Center成员。9月5日,在千叶幕张展览馆举行的“榉坂46全国巡回演唱会2018”最终公演上,平手在表演过程中从舞台跌落,事后被诊断为轻微摔伤。9月14日,平手首部主演电影《响-HIBIKI-》上映,在剧中饰演角色“鲇喰响”。12月4日,获得第31届日刊体育电影大奖最佳新人奖。12月21日,平手因骶髂关节不稳定及双手桡骨关节疼痛,宣布暂停在榉坂46的所有舞蹈演出活动并专心于治疗。2019年,凭借主演电影《响-HIBIKI-》获得第42届日本电影学院奖新人奖,第28届日本电影影评人大奖最佳新人奖。2020年1月23日,运营方宣布平手友梨奈退出组合,此后将以个人名义活动。2021年1月22日,参演由冈田将生,志尊淳主演的电影《
三角窗外是黑夜》在日本上映。2021年,参演由冈田准一主演的动作喜剧电影《杀手寓言第二章》。2021年4月,加盟阿部宽主演的TBS日剧《
龙樱2》。2021年12月,初次主演NHK电视剧《風の向こうへ駆け抜けろ》中,主演新晋女性骑手一角色。2022年,参演电视剧《
六本木Class》。2023年10月13日,参演的富士台金九剧《我们的律师很麻烦》开播。
