1993年8月16日，三上悠亚在日本爱知县出生，出生时的名字为鬼頭桃菜。



初中的时候，三上悠亚参加了《Hello！Project Egg》的试镜，随后她将剩下的照片送到了同时进行招募的AKB48第5季试镜中，通过了AKB48的选拔，但是AKB48没有宿舍，由于三上悠亚当时和妈妈住在名古屋，她妈妈不能和她搬到东京，所以她放弃并退出了AKB48。



2009年3月，三上悠亚通过了SKE48二期选拔。



同年4月25日，三上悠亚在东京NHK大厅举行的AKB48演唱会『神公演予定』中，作为SKE48第二代成员（Team KII候选者）亮相。



2010年12月，三上悠亚与同组成员井口诗织、内山美琴、齐藤真纪子一起从正式成员降级为研究生。



2011年，三上悠亚参与SKE48第七张单曲《Okidoki》的录制，并参与了10月5日SKE48的出道三周年公演。



2012年8月30日，在SKE48剧场装修前的最后一场公演中，三上悠亚时隔1年零8个月首次回归正式成员。



同年9月4日，三上悠亚与井口诗织、斋藤真纪子共同惊喜亮相HKT48剧场举行的《手拉手》公演。



2013年4月13日，三上悠亚随组合SKE48在名古屋外国音乐厅举办了SKE48春季演唱会“Things that don't change. Things that will never be Friends”，同日SKE48进行团队重组并宣布三上悠亚转会至Team E。



2014年2月，三上悠亚在东京举行的AKB48集团大内阁祭中宣布转入Team S。



同年3月16日，三上悠亚在爱知县 SKE48 剧院举行的一场演出中宣布毕业：“在思考了自己想做什么、以后想做什么之后，我当然喜欢当偶像，也正在做，但我并不想这么做。和大家说再见，和成员们说再见，我很难过，但我决定做我想做的事，决定毕业。”