从小即以上网、看动画为最大兴趣的渡边，性格内向，极少与同学交流。因在网络上看到AKB48的相关表演影片而喜欢上此团体，成为AKB48的歌迷[6]。母亲最初对于女儿提出想进入演艺圈而感到为难，不过想到以此为契机，女儿往外发展说不定会成为活泼的孩子，最终赞成渡边参与AKB48的征选[7]。2006年2月19日，报名参加“第2期AKB48追加成员征选”，在最终审查阶段落选[8]。12月3日，再次报名参加“第3期AKB48追加成员征选”合格[9]。参加征选的理由是“因为很喜欢AKB48，所以想加入”[10]，审查会的演唱的曲目是AKB48的《樱花花瓣》[11]。12月9日，渡边在“AKB48 1st ANNIVERSARY LIVE 〜势ぞろいだぜ!‘A’‘K’‘B’!〜”中以Team B成员的身份初次向媒体露面[12][13]。
2007年4月8日，于AKB48剧场的“AKB48 Team B 1st Stage“青春女孩”公演”中正式于剧场出道[14][15]。7月18日发行的AKB48第4张单曲《BINGO!》，首次成为单曲选拔成员（即成为单曲主要演唱成员）[16][17]。9月22日，渡边与Team B其他成员前往中国北京市参加在中国艺术研究院举办的“日中文化人恳谈会2007—开放的学院in北京”，并进行首场海外公演。12月31日，以AKB48成员身份首次登上“NHK红白歌合战”[18]。
2008年6月，渡边加入尾木制作[19]。10月，与平嶋夏海、仲川遥香、多田爱佳一起组成AKB48子团“走廊奔跑队”[20]。2009年7月8日，在“AKB第一届选拔总选举”中获得第4位[21]。15岁以下的成员中，进入前五名中的只有渡边，即使包含进入前十名的也只有松井珠理奈（SKE48中2010年度、2012年度）与渡边两人。
2010年6月9日，于“AKB第二届选拔总选举”中获得第5位[22]。9月9日，渡边首次以漫画家的身份出道。在知名漫画周刊《周刊YOUNG JUMP》（集英社）2010年41号中，开始连载个人漫画“まゆゆ童话剧场 只爱二次元”（まゆゆ童话剧场 2次元しか爱せない）[23]。9月15日至16日，参加尾木制作举办的第一届Team Ogi祭。
2011年5月13日，第一本写真集《MAYUYU》（まゆゆ）发行，以4.5万销量取得Oricon公信榜书籍周榜写真集部门第一位，同时也以女性个人写真集最高位的成绩取得综合部门第三位[24]。6月9日间举行的“AKB第三届选拔总选举”中连续两年获得第5位，连续3年进入选拔组[25][26]。同期间举行的“AKB48香港选拔总选举”中则获得第2位，仅次于同团前辈前田敦子[27]。6月12日，参加在台湾台北市西门町举办的AKB48台湾专门店开业剪彩仪式，并举行首次台湾握手会，翌日加开一场[28]；9月24日，参加在中国上海外国语大学举行的免费公演；10月9日，参加在越南河内举行的第二届日越友好音乐祭。10月22日，在《GIRLS' FACTORY》节目中与浅仓大介一起担任固定主持人。12月13日，在《AKB0048》声优公开甄选中合格[29]。
2012年1月13日，初次主演电视剧《欺诈偶像》[30]。2月29日，发行个人首张单曲《怦然心动》，正式以个人身份出道[31]，渡边亦是第四位以个人身份出道的AKB48成员[32]。3月，自TRY式高等学院（日语：トライ式高等学院）毕业，完成函授制学程[33][34][35]。4月26日，由《AKB0048》声优选拔成员9名组成新衍生团体“NO NAME”[36]，并演唱此作品片头曲《关于希望》和片尾曲《梦想不断重生》[37]。6月，在“AKB第四届选拔总选举”中获得第2位[38][39]，并于同期间举行的“中国AKB48总选举2012”中获得第1位。7月25日，个人第2张单曲《大人彩色糖》发行[40]。8月24日，在“AKB48 in TOKYO DOME ～1830m的梦想～”演唱会第一天中，宣布所属分队转移至Team A[41][42]。11月21日，个人第三张单曲《发光体》发行[43]。
2013年1月22日发行的AKB48第30张单曲《So long!》，首次担任Center（中心站位成员）[44]。9名成员成为最新成立的宣传小分队“Team BS”选拔成员，参与日本NHK-BS（日语：NHK-BS）系列频道的节目，其他成员分别为大岛优子、高桥南、岛崎遥香、松井珠理奈、松井玲奈、山本彩、渡边美优纪、指原莉乃、田岛芽瑠[45]。6月7日，于“AKB第五届选拔总选举”中获得第3位[46][47][48]。7月10日，个人第四张单曲《喇叭练习中》发行[49]。10月1日，在香港举行握手会。
2014年2月24日，于“AKB48集团大组阁祭”中，宣布所属分队由Team A转移至Team B[50]。4月21日，担任TBS电视台音乐节目《UTAGE!（日语：UTAGE!）》助理主持人。5月21日发行的AKB48第36张单曲《拉布拉多猎犬》担任Center，是渡边自《So long!》以来的一年多后再次担任[51][52]。6月7日，在“AKB第六届选拔总选举”中以159,854票初次夺得第1名，是继前田敦子、大岛优子与指原莉乃后，第四个获得总选举冠军的成员[53]。8月27日发行的AKB48第37张单曲《心意告示牌》，为渡边连续两作Center[54]。9月17日，于“AKB48第五届猜拳大会”中披露AKB48第38张单曲《希望无限》选拔成员名单，此单曲由渡边与宫胁咲良共同担任Center[55]。
2015年4月19日，渡边首次主演的黄金档电视剧《战斗吧！书店女孩（日语：書店ガール#テレビドラマ）》于富士电视网火十时段播出。是继前田敦子之后，第二位主演黄金档电视剧的AKB48成员[56][57][58]。6月6日，于“AKB第七届选拔总选举”中以165,789的票数不敌HKT48的指原莉乃及同队成员柏木由纪，获得第3名，至此皆为总选举前5名[59][60]。6月10日，个人第5张单曲《相遇的后续》时隔两年发行ref name="deai"/>，此单曲为《战斗吧！书店女孩》的主题曲[61]。
。6月14日，出演纪录片节目《情热大陆》，是继前田敦子、大岛优子后出演该节目的AKB48成员[62]。12月26日，富士电视台公布渡边麻友将首次出演时代剧《大奥》。与泽尻英龙华共演，于2016年1月22日首播。
2016年6月18日，在“AKB48第八届选拔总选举”获得第2名[63]10月26日，第二本写真集《不知不觉中》（知らないうちに）发行，以3.7万销量获得Oricon公信榜书籍周榜写真集部门和综合部门的第一位[64]。
2017年5月1日，第三度领衔主演的电视连续剧《永别了，江成君（日语：サヨナラ、えなりくん）》于朝日电视台首播。该剧的主角系透过2016年初AKB48与朝日电视台合作的电视剧《AKB恋爱夜 恋工场（日语：AKBラブナイト 恋工場）》当中的演员票选活动选出，得票数第一者可成为朝日电视台2017年春季戏剧的领衔主演，最终由渡边胜出[65]。6月17日，在“AKB48第49张单曲选拔总选举”继上届再次屈居指原莉乃之后获得第2名，并在发表得奖感言时宣布年内将从AKB48毕业。渡边在目前举办过9次的AKB48选拔总选举均有参加、且全部位居前五名，反映出身为AKB48成员所拥有的高人气[66]。8月14日，于福冈西铁表演厅举行的HKT48向日葵组&AKB48 Team B联合剧场公演上，宣布毕业演唱会日期定于10月31日[67]。10月31日，于家乡埼玉县的埼玉超级竞技场举行毕业演唱会“渡边麻友毕业演唱会～愿大家的梦想都能实现～”（渡辺麻友 卒业コンサート〜みんなの梦が叶いますように〜）[68]，并宣布将于12月20日推出首张个人大碟《Best Regards!》[69]。11月22日发行第AKB48第50张单曲《11月的脚链》，为渡边的毕业单曲，这也是她最后一次担任Center[70]。12月26日，于AKB48剧场举办毕业公演[71][72]。12月31日，渡边为中心的毕业主打歌《11月的脚链》以91,820票获得第68回NHK红白歌合战企划“由观众所选择的梦之红白SP Medley”票选第1名，在红白现场演唱此曲后放下麦克风，圆满完成AKB48身份最后一次演出[73]。
2018年2月17日，在个人大碟《Best Regards!》开卖纪念演唱会中，发表于3月1日开设官方粉丝俱乐部，名称为“W3M∞〈ダブミー〉”[74]。从5月至6月间，主演日本版的艾蜜莉的异想世界音乐剧“アメリ”。[75]6月 代言腾讯游戏发行的日系回合手游“魔力宝贝手机版”。6月22日，宣布将主演富士电视网连续剧“直到雨停的那一天”，于2018年8月4日首播。这是自AKB48毕业后，首次出演并担任电视剧的主角[76][77][78]。
2019年3月1日，首次出演NHK晨间剧“夏空”[79][80]，在6月7日第59集中登场[81][82]。4月28日，在指原莉乃的毕业演唱会中担任开场影像的旁白，并与指原合唱“而且不叫酪梨啦…”，是AKB48毕业后首次登台演唱[83][84]
9月30日，官方粉丝俱乐部营运休止。[85]
2020年6月1日，所属事务所“尾木制作”宣布渡边麻友由于健康问题，即日起从演艺圈引退，她与事务所的合约已于5月31日结束[86][87][88]。渡边也在Twitter上发文感谢粉丝
[89]。6月2日，关闭个人官方网站和Twitter、Instagram账号[90]。