Aoi được sinh ra tại tỉnh Chiba. Khi mới bốn tuổi, cô đã bước chân vào ngành giải trí, hoạt động diễn xuất trong các bộ phim và kịch.[5] Từ năm 1999 – 2002, Aoi bắt đầu xuất hiện trên chương trình tạp kỹ Appare Sanma Dai-sensei và Yappari Sanma Dai-sensei được phát sóng trên đài Fuji TV. Ở độ tuổi lớp năm, cô tham gia vào sự nghiệp diễn viên lồng tiếng.[5]

Cuối năm 2006, cô kí kết với công ty về rạp phim Central.[6] Sau khi vào trung học năm 2007, cô gia nhập Breath, tự thay đổi nghệ danh của mình thành Yūki Aoi. Aoi đóng hai vai diễn đầu tiên vào năm 2008 trong Kure-nai[7] và Murasaki Kuhōin. Tháng tám cùng năm đó, cô chuyển sang đại lý Pro-Fit.

Vào tháng 10 năm 2011, cô đoạt giải diễn viên lồng tiếng hay nhất tại giải thưởng Newtype x Machi Asobi Anime. Ngoài ra, Aoi cũng thắng Seiyu Awards được tổ chức lần thứ sáu.[8] Năm 2013, Aoi và Ayana Taketatsu cùng nhau trình diễn dưới tên "Petit Milady",[9] họ cùng thực hiện bài hát "Kagami no Dual-ism", mà sau này được dùng làm ca khúc mở đầu cho bộ anime truyên hình Yu-Gi-Oh! Zexal II vào năm 2013, và cũng thực hiện bài "Azurite" là ca khúc chủ đề cho đoạn mở đầu của Toaru Hikūshi e no Koiuta vào năm 2014.[10]