2005年12月，参加了AKB48第一期的甄选（参加人数7924人），并且为合格24人之一，加入AKB48。
2006年10月25日，以单曲《想见你》正式出道，之后被传从埼玉县立大宫武藏野高等学校（日语：埼玉県立大宫武蔵野高等学校）退学以专注演艺事业。实际上，在周刊ノースリー部广播里（2012.04.20），其本人亲口证实，虽然曾留级一年，但最后顺利从高中毕业。
2007年7月3日，与高桥南、峯岸南移籍尾木制作。12月31日，参加第58回NHK红白歌合战，作为AKB48的一员，在红白初登场。
2008年9月2日，与高桥南、峯岸南两人合组no3b，并于同年11月26日发行单曲《RELAX!》，首周进入公信榜第十三名。10月10日，主演电视剧《帅男偶像》（no3b主演）日本首播。11月26日，以no3b为名义的CD发售。
2009年3月18日，以ノースリーブス（no3b）身份，发行第二张单曲《タネ》。7月8日，在13th单曲选拔总选举获得第6名。11月25日，以ノースリーブス（no3b）身份，发行第三张单曲《キスの流星》。
2010年1月8日，与前田敦子、大岛优子主演电视剧《真假学园》日本首播。3月，成为TBS电视台 AKB48固定番组“有吉AKB共和国”的主持。4月20日开通个人Twitter，成为成员内第二个开通个人Twitter的人。4月21日，以ノースリーブス（no3b）身份，发行第四张单曲《Lie》 。5月，成为杂志《MAQUIA》的专属模特。6月9日，在17th单曲总选拔获得第7名。8月4日，以ノースリーブス（no3b）身份，发行第五张单曲《君しか》。9月15、16日以Team Ogi的名义参加了尾木制作首次举办的Team Ogi祭。9月21日，在由猜拳决定的19th单曲选拔中获得第3名。
2011年1月1日，以ノースリーブス（no3b）身份，发行第一张同名专辑《ノースリーブス》，并且第一次获得日本公信榜第一名。1月22日，主演的《AKB48纪录片：未完待续》在日本上映。3月2日，以ノースリーブス（no3b）身份，发行第六张单曲《Answer》 ，并且担任动漫《恶魔奶爸》的片尾曲。并首周登上公信榜的第二位。6月9日，在22th单曲选拔总选举上获得第6名成绩。6月29日以ノースリーブス（no3b）身份，发行第七张单曲《唇 触れず》，并首周登上日本公信榜第三位，首周销量达到十万，打破了no3b以往的记录。7月15日，出演的电视剧《原来是美男》日本首播。9月20日，在由猜拳决定的24th单曲选拔中获得第13名。她成为参与过所有1st-24th单曲选拔的成员。10月9日，参加日越友好音乐祭。
2012年1月27日，主演《AKB48纪录片：演出继续》在日本上映。6月6日，在东京武道馆，AKB48第四次总选举中排名第七位（票数54,483）。8月 ，登上了fashion杂志《anan》（MAGAZINE HOUSE）的惯例企画“SEX特集”的封面与写真版面。8月10日发行的以阳菜为表纸的《anan》截止到22号已经卖出60万部，发行量达到了80万部。8月24日，AKB48 in TOKYO DOME～1830mの梦～东京巨蛋演唱会首日宣布移籍至Team B。8月27日，于AKB48剧场举行“前田敦子卒业公演”。9月18日，于日本武道馆举行AKB48第29张单曲选拔猜拳大会，但在第三回合时输了给梅田彩佳，这是小嶋阳菜首次未参加单曲选拔。10月13日，主演剧场版《私立马鹿兰高校》。
2013年2月11日，主演电视剧《So Long!》首播。2月20日，作为代言人为少女内衣品牌PEACH JOHN拍摄的新一季广告播出 完整版在Youtube上播放超过450万次，荣登日本区第一。3月15日，主演的深夜剧《メグたんって魔法つかえるの》（小惠你会使用魔法吗）漫画写真书出版，3月25日于福家书店新宿店举行握手会。3月30日，参加TBS 2013 オールスター感谢祭 SP节目，因猜中mini马拉松的冠军而获得25万日元奖金。4月6日，于幕张メッセ剧场盘握手会上正式提交报名表，参加AKB48 32ndシングル选拔总决赛。6月8日，在2015年，客串1月19日播出的《马路须加学园4》第一集，1月25日，入选AKB48第39张单曲碟《Green Flash》十六名选拔成员，和柏木由纪成为双center。3月24日，新写真集《どうする？》发售。6月7日，主演的TBS系SP剧《3个小镇故事》首播，在剧中饰演一名一心一意朝着梦想努力的积极少女。
