2011年12月、 NMB48第3期生选拔合格 。
2012年2月18日、第3期研究生お披露目;4月29日、第3期生剧场公演初日;10月10日、Team BII成立,研究生升格。
2014年2月25日,在48group大组阁祭中NMB48Team BII转班至NMB48 Team N。
2015年3月31日、11th单曲『Don't look back!』首次进入选拔1。2月25日,成为中小学生向时尚杂志《LOVE berry》(ラブベリー)所属模特。
2016年6月18日,在AKB48第八次选拔总选举中获得第52位 19,534票,首次进入圈内。10月18日,nmb48六周年中,宣布转班至NMB48 TeamBI。
2017年5月31日,AKB48第9回总选举 速报第26名。6月17日,在“AKB48第49张单曲选拔总选举”中,获得第27名。
2018年1月20日,在Tokyo Dome City Hall举办的“AKB48Group Request Hour Setlist Best100 2018”上宣布了AKB48第51张单曲的选拔成员。首次进入AKB48单曲选拔。1月24日,宣布身体不舒服,开始休息。3月12日、在恋爱禁止条例公演中宣布回归。6月16日,在“第10回AKB世界选抜総选挙”中,获得第23位(33,012票)。
2019年1月1日,在NMB48举行的「2019年新春特别公演」,在最后宣布的组阁中宣布移动至NMB48 team N。9月4日、在东京NHK大会场举行「NMB48 LIVE TOUR 2019 ~NAMBA祭~」初日公演中,宣布从NMB48毕业。10月5日、NMB48 第22张单曲『初恋至上主义』中、中宣布首次单独单任CENTER。11月17日、东京国际举行「太田梦莉 ソロコンサート ~Daydream~」演唱会。11月25日、在神户举行「太田梦莉 卒业コンサート ~I wanna keep loving you ! ~」演唱会。11月30日,举行NMB48毕业公演。
2022年5月14日~23日、参演舞台剧「フラガール - dance for smile -」,饰演木村早苗。8月19日,出演的电影《少女杀手特急便》上映。