2003年6月2日，作为小学4年生的知念侑李加入杰尼斯事务所，时年9岁，一边练习一边在杰尼斯的各种演出中活跃。

2004年，在漫改电影《忍者小灵精》中饰演三叶健一，在大荧幕首次亮相；同年，首次主演的电视剧《七子和七生》获得平成16年度第59届日本文化厅艺术节优秀奖。

2007年1月2日至7日，参加在日本武道馆举行的“2007年谨贺新年杰尼斯Jr.大集合日本武道馆5日间公演”；4月，与山田凉介、中岛裕翔、冈本圭人结成期间限定组合Hey！Say！7；5月6日，随组合作为GUEST出席“关西杰尼斯Jr.大阪城Hall First Concert”；8月1日，作为组合Hey！Say！7的成员通过发行单曲《Hey！Say！》正式CD出道；9月24日，结成组合Hey!Say!JUMP；9月29日，首次挑战声优工作，为剧场版动画《异邦人：无皇刃谭》中的仔太郎配音；10月23日，出演NTV剧情电视剧《有闲俱乐部》第二集，剧中饰演亮太一角；11月14日，作为组合Hey!Say!JUMP的成员通过发行单曲《Ultra Music Power》正式CD出道。

2008年1月26日，出演NTV剧情电视剧《一磅的福音》第三集，剧中饰演山吹善彦；4月12日，与中岛裕翔、山田凉介、有冈大贵共同主演日本电视台日剧SP《老师真伟大》；10月11日，与中岛裕翔、山田凉介、有冈大贵、上地雄辅共同主演剧情电视剧《废物老师》，剧中饰演2年B班转校的神秘的超级中学生吉田荣太郎。

2009年4月5日，开始常规出演日本电视台节目番组《スクール革命！》；同年6月，与山田凉介、中山优马、松村北斗、中岛健人、菊池风磨、高地优吾结成期间限定组合NYCboys，于年末首次登上“NHK红白歌合战”舞台，并连续四年出演  。

2010年4月7日，与山田凉介、中山优马结成限定团体NYC并发行排应单曲《勇气100%》，正式开始了Hey!Say!JUMP与NYC两团兼任。

2011年1月5日至9日，担任第63回全日本排球高等学校选手权大会应援大使；同年9月9日，为动画电影《蓝精灵》担任Brainy一角配音。

2012年1月，与山下智久、荣仓奈奈、前田敦子等合作，出演TBS剧情电视剧《最完美的人生终点》，剧中饰演井原家的三男、大学法学部1年生井原隼人；7月，在校园爱情剧《Sprout》中饰演学年第一的人气者楢桥草平，系首次单独主演电视剧作品，知念侑李在此剧中献出了萤幕初吻，并凭借在剧中的表现获得杂志《TVnavi》评选的“ドラマ・オブ・ザ・イヤー2012”最优秀新人奖。

2013年，出演由锦户亮主演的日本富士电视台现代玄幻剧《欢迎来到阴阳屋》，剧中饰演有着神奇听觉和嗅觉的高中1年生泽崎瞬太。

2014年6月21日，与佐佐木藏之介、深田恭子等合作，出演古装喜剧电影《超高速！参勤交代》；7月，加入古装剧《必杀仕事人2014》的主演阵容，剧中饰演的是直面自己悲剧命运而自己选择暗杀者之路的隆生  。10月11日，搭档丸山隆平等，出演NTV漫改剧《地狱老师》，剧中饰演栗田诚。

2015年8月22日-23日，Hey！Say！JUMP与V6共同担任第38届“24小时电视 爱心救地球”主持人，主题为“心连心~超越时空展笑颜~”；11月，与东山纪之、松冈昌宏等搭档，出演朝日电视台秋季古装剧 《必杀仕事人2015》  。

2016年，在内村光良编导的剧情类励志电影《金牌男子》中首次担任电影主演，与内村光良分别饰演主人公秋田泉一的青年时期和中年时期。

2017年，在电影《忍者之国》中饰演进攻伊贺的织田信长的次男织田信雄。

2017年，与中岛健人、平祐奈合作漫改纯爱电影《虽说是未成年，但可不是小孩哟》。  

2018年，首次单独主演的漫改电影《坂道上的阿波罗》上映，饰演故事的主人公，转校生西见薰。

2019年，主演4月22日播出的日本台深夜剧《不与傻瓜论短长》，饰演的主人公谷村小太郎。

个人生活

知念侑李的家庭是由包括父亲、母亲和姐姐在内的四人组成。父亲知念孝是前日本国家队体操选手、1992年巴塞罗那奥运会男子体操团体铜牌得主，退役后职业为体操老师；母亲是知念美纪；姐姐知念纱耶年长其2岁，是日本杂技演员。