就读于日本播音演技研究所。高中在学期间,首次在日本电视台播出的深夜电视动画《归宅部活动记录》中饰演九重克蕾雅,成为声优的出道作品。2014年加入I'mEnterprise。同年9月开始在「讲谈社轻小说文库频道」接下MC一职演出。2016年4月首播的原创电视动画《甲铁城的卡巴内里》饰演无名成为她在配音界首次担任女主角的演出作品。2017年获第11届声优赏新人女声优奖。
高中在学期间曾加入吹奏乐社并在大赛中出场,负责吹奏的乐器是Boehm式B♭单簧管。在饰演《甲铁城的卡巴内里》的女主角无名时受到一起在同名作品共演的内田真礼的赞赏,内田说：「第1话就全面发挥角色的演技让人觉得好厉害」。
2019年12月29日,千本木彩花与配音演员畠中祐登记结婚。
※粗体字表示说明饰演的主要角色。