2000年，大后寿寿花在所属的向日葵剧团通过出演舞台剧《国盗物语》而出道。
2002年，大后寿寿花作为童星参演了香取慎吾主演的家庭喜剧《超级奶爸》；5月，在仲间由纪惠主演的励志校园剧《极道鲜师》中饰演了女主角山口久美子的幼年时代。
2003年，出演了吉冈秀隆主演的漫改医疗剧《五岛医生诊疗所》；8月，参演的奥特曼系列特摄电影《高斯奥特曼VS杰斯提斯奥特曼最终决战》在日本上映。
2004年，大后寿寿花与役所广司、柄本明共同出演的剧情片《粗心的代价》在日本上映；11月，继续加盟了漫改医疗剧《五岛医生诊疗所》的系列SP，在剧中继续饰演中村愁子一角。
2005年，与吉永小百合、渡边谦等人共同合作了历史电影《北之零年》，在剧中饰演了小松原多惠的幼年时代；4月，与神木隆之介、本乡奏多等童星联合出演了温馨家庭剧《牵绊的爱》；12月，在渡边谦的热烈推荐下，大后寿寿花一举得到了斯皮尔伯格制片的电影《艺伎回忆录》中幼年期的小百合这个角色，并完美地诠释出了那个眼睛清丽明亮、活泼可人的贫苦少女，并凭借在电影里的出色表现而获得了第15届日本电影评论家大赏新人赏。
2006年，大后寿寿花出演了吉冈秀隆主演的悬疑剧《死亡推定时刻》；6月，与松平健、布鲁诺·甘茨等人合作的历史战争片《战争弥撒曲》在日本上映；12月，大后寿寿花由所在的向日葵剧团移籍到CATAMARAN事务所。
2007年，搭档松山健一出演了漫改喜剧《七彩音和若波》，并凭借此剧获得了第53届日剧学院赏助演女优赏；8月，与神木隆之介联合出演了剧情片《消失在远空中》；11月，参演了福山雅治主演的悬疑推理日剧《神探伽利略》；12月，出演了时任三郎主演的日剧SP《从美海寄来的贺年卡》。
2008年，大后寿寿花加盟了荣仓奈奈主演的NHK晨间剧《瞳》；7月，出演了小池彻平主演的刑侦剧《少年刑警》；9月，与小泉今日子、上野树里共同出演了温情电影《咕咕是一只猫》。
2009年，在绫濑遥主演的喜剧电影《巨乳排球》中饰演了女主角寺岛美香子的中学时代；8月，搭档深津绘里共同出演的文艺电影《女孩物语》在日本上映；9月，出演了松山研一主演的动作电影《卡姆依外传》；接着，与高山侑子、波瑠共同为动画片《每日母亲》配音；10月，在与三浦春马、城田优联合出演了漫改喜剧《武士高校》中饰演了男主角的妹妹望月优奈一角。
2010年，大后寿寿花主演了日剧SP《福助》，这同时也是其出道10年后首次担任日剧的主演。
2011年，大后寿寿花出演了田中美佐子主演的日剧SP《绝不屈服》；11月，搭档志田未来出演了日剧SP《世界奇妙物语2011年秋之特别篇》中的单元故事《被欺负的人》。
2012年，与生濑胜久、小西真奈美联合出演了奇幻电影《再生物语》；8月，与神木隆之介、桥本爱、松冈茉优等新生代演员联合出演了校园群像电影《听说桐岛要退部》。
2013年，由所在的CATAMARAN事务所又移籍到ALPHAAGENCY事务所；8月，出演了松下奈绪主演的日剧SP《二十四只眼睛》；9月，加盟了绫濑遥主演的NHK大河剧《八重之樱》。
2014年，与芦田爱菜、铃木梨央、渡边木实等童星联合出演了社会剧情片《明天妈妈不在》，并在剧中饰演了孤儿院中最年长的孩子。
2016年9月24日，出演由原田知世和斋藤工共同主演的电视剧《命运般的恋爱》播出。
2019年，出演电影《当了隐藏的“Bitch”》。
