就讀于日本播音演技研究所。高中在學期間,首次在日本電視臺播出的深夜電視動畫《歸宅部活動記錄》中飾演九重克蕾雅,成為聲優的出道作品。2014年加入I'mEnterprise。同年9月開始在「講談社輕小說文庫頻道」接下MC一職演出。2016年4月首播的原創電視動畫《甲鐵城的卡巴內里》飾演無名成為她在配音界首次擔任女主角的演出作品。2017年獲第11屆聲優賞新人女聲優獎。
高中在學期間曾加入吹奏樂社并在大賽中出場,負責吹奏的樂器是Boehm式B?單簧管。在飾演《甲鐵城的卡巴內里》的女主角無名時受到一起在同名作品共演的內田真禮的贊賞,內田說：「第1話就全面發揮角色的演技讓人覺得好厲害」。
2019年12月29日,千本木彩花與配音演員畠中祐登記結婚。
※粗體字表示說明飾演的主要角色。