Originaire de Kumamoto, Ai Hashimoto a fait ses débuts en 2008 lors d'une audition chez Sony Newcome, à laquelle sa mère l'a poussée à participer. Sa mère adore les célébrités. Elle a deux sœurs et elle est celle du milieu. Sa mère pensait qu'elle était la fille qui pourrait réussir à l'audition. Immédiatement après l'audition, Ai ne croyait pas qu'elle gagnerait. Elle a commencé le mannequinat dans le magazine Seventeen en 2010 et a également fait ses débuts d'actrice cette année-là dans Give And Go, où elle tenait le rôle principal.

Elle a poursuivi avec des rôles dans Confessions et Sadako 3D. Ai a reçu le prix de la Révélation de l'année lors de la 36e cérémonie des Japan Academy Awards en 2013. Elle a arrêté le mannequinat en 2014. Hashimoto aime les mangas, le karaoké et le vélo. Elle déclare que lorsqu'elle mémorise ses scripts, elle évite d'essayer de comprendre le personnage à partir des répliques et cherche plutôt à comprendre l'esprit et la motivation. Hashimoto est obsédée par les tomates et cite le chiffre trois comme son préféré.