高校時代はサンミュージックブレーンに所属し、後に学生時代の友人とインディーズで「HimawaRi」というグループとして活動していた。「さくらんぼ」はその時代に既に完成しており、かつてはデュオによる歌唱がインターネット上で無償で公開されていたこともあった。[7]幼い頃挑戦した子供向けのミュージカルの指導者の知り合いにあたるピアノの先生によるピアノレッスンを、4歳から大阪を離れる18歳まで行い、15歳から作詞作曲を始めた。「さくらんぼ」だけではなく、メジャーリリースされた楽曲の多くをデビュー前に作っていて、その数は60曲以上にも及ぶ。[8]

2002年、エイベックスに送った自作のデモMD（「SMILY」「向日葵」「プラネタリウム」「Happy Days」「人形」「ネコに風船」が収録）が審査員の目にとまったことがデビューのきっかけとなり、翌2003年9月10日にシングル『桃ノ花ビラ』でデビュー。
2003年-2005年：歌手デビュー
2003年

9月10日 - 『桃ノ花ビラ』でメジャーデビュー。 9月12日 - ニッポン放送『大塚 愛のオールナイトニッポンR』（特番）を1時間30分生放送オンエア。 10月8日 - 週刊『TVガイド』にて、「大塚 愛のLOVEが歩く道」が連載開始。本人初の連載である。 12月17日 - 2ndシングル『さくらんぼ』リリース。オリコン初登場20位から、ロングヒットを記録して翌年3月22日には最高5位を記録する。12月19日 - ニッポン放送『大塚 愛のオールナイトニッポンR』（特番）をオンエア。 12月23日 - 扶桑社『JUNIE』にて、「大塚 愛の1・2・3・ハイっ!」連載開始。
2004年

3月1日 - フジテレビ『めざましテレビ』内の広人苑のコーナーにて特集される。 3月3日 - 3rdシングル『甘えんぼ』リリース。 3月6日 - 『ポップジャム』（NHK総合）にて地上波の音楽番組に初出演。（「甘えんぼ」を歌唱した） 3月12日 - テレビ朝日『MUSIC STATION』に初出演。 3月15日 - フジテレビ『HEY!HEY!HEY! MUSIC CHAMP』に初出演。3月25日 - 六本木velfarreにて行われた「PIA SUPER LIVE GROOVE #11」に出演。 3月29日 - 文化放送の番組「レコメン!」内の1コーナー「大塚愛のai-r Jack」が放送スタート。 3月31日 - 1stアルバム『LOVE PUNCH』をリリース。オリコン初登場3位を記録する。 4月2日 - ニッポン放送『大塚 愛のオールナイトニッポンR』（特番）をオンエア。 5月5日 - Jリーグ「ヴィッセル神戸 vs FC東京」のオープニングにゲスト出演して、「さくらんぼ」を歌唱。 5月14日 - 「oricon Sound Blowin'」にスペシャルゲストとして出演。 5月28日 - 音楽雑誌『B-PASS』にて、「大塚 愛のLOVE WORLD?eye love pictures.?」を連載開始。 5月30日? - 『AI LOVE YOU LIVE?supported by PIA』がスタート。（全国3会場3公演）

7月7日 - 4thシングル『Happy Days』リリース。 7月20日 - 「さくらんぼ」の着うたが史上初の100万件ダウンロードの記録達成。 7月23日 - 祥伝社『Zipper』にて、「大塚 愛のLOVE COLUMN」連載開始。 7月31日? - 「a-nation 2003」に初出演。 8月18日 - 5thシングル『金魚花火』リリース。 10月9日 - 「学園祭ツアー2004」スタート。（全国4会場5公演） 10月20日 - 6thシングル『大好きだよ。』リリース。 11月17日 - 2ndアルバム『LOVE JAM』リリース。自身初となるオリコン初登場1位を記録。 11月27日 - 読売テレビ『ベストヒット歌謡祭2004』に初出演し、最優秀新人賞を受賞する。 12月1日 - フジテレビ『FNS歌謡祭』に初出演。 12月18日 - TBS『発表!!第37回 日本有線大賞』に初出演し、最優秀新人賞を受賞する。 12月31日 - TBS『第46回 輝く!日本レコード大賞』に初出演、最優秀新人賞を受賞する。NHK『第55回NHK紅白歌合戦』に初出場、「さくらんぼ」を歌唱する。TBS系『COUNT DOWN TV SP 年越しプレミアライブ2004-2005』に初出演。
2005年

2月9日 - 7th Single『黒毛和牛上塩タン焼680円』リリース。 3月1日 - 初となるフォトブック『キミイロオモイ』発売。写真撮影は蜷川実花が担当した。 3月16日 - 漫画『NANA』のコンピレーション・アルバム『LOVE for NANA?Only 1 Tribute?』リリース。大塚愛はTRAPNESTのイメージとして「Cherish」で参加。 4月1日 - オフィシャルモバイルサイト『LOVE9CUBE』発足。 4月23日? - 初のホールツアー『JAM PUNCH Tour 2005 ?コンドルのパンツがくいコンドル?』スタート。（全国12会場16公演） 5月11日 - 8th Single『SMILY / ビー玉』リリース。初となる両A面シングルでのリリースで、シングルでは初のオリコンチャート1位を獲得。

6月6日 - 関西テレビ・フジテレビ『SMAP×SMAP』内の「BISTRO SMAP」コーナーに初出演。 6月8日 - 初主演作品DVDドラマ『東京フレンズ』リリース。 6月26日 - MUSIC ON! TVにて『大塚 愛の世界』という特番が上・下と2週に分けて放送された。

7月13日 - 9th Single『ネコに風船』リリース。 7月27日 - 初のLIVE DVD『JAM PUNCH Tour 2005 ?コンドルのパンツがくいコンドル?』リリース。

9月3日 - 国営越後丘陵公演・野外特設ステージにて行われた「音楽と髭達 FESTIVAL 2005」に出演。 9月21日 - 10th Single『プラネタリウム』リリース。シングルで自身2度目となるオリコン初登場1位を獲得。

11月21日 - 読売テレビ『ベストヒット歌謡祭2005』に出演。 11月30日 - 日本テレビ『1億3000万人が選ぶ!ベストアーティスト2005』に初出演。 12月7日 - フジテレビ『FNS歌謡祭』に出演。12月8日 - 『第8回インターネット音楽祭 歌手ナビ』にてグランプリ受賞。 12月14日 - 3rd Album『LOVE COOK』リリース。出荷枚数では100万枚を突破。

12月17日 - TBS系『発表!!第38回 日本有線大賞』に出演し、有線音楽優秀賞を受賞。 12月23日 - 宝島社『spring』にて、「大塚 愛の恋してなんぼ」の連載がスタート。関西テレビ『さんまのまんま』に初出演。

12月31日 - TBS『第47回 輝く!日本レコード大賞』に出演し、金賞を受賞。NHK『NHK紅白歌合戦』に出場し、「プラネタリウム」を歌唱。TBS『COUNT DOWN TV SP 年越しプレミアライブ2005-2006』に出演。
2006年-2009年：フレンジャー?LOVE is BEST
2006年

3月9日 - 『第20回 日本ゴールドディスク大賞』にて、“ロック&ポップ・アルバム・オブ・ザ・イヤー”を受賞。4月1日? - 全国ツアー「LOVE COOK Tour 2006 ?マスカラ毎日つけてマスカラ?」がスタート。4月12日 - 11th Single『フレンジャー』リリース。

7月2日 - 国立代々木第一体育館にて行われた「Excite Music Festival '06」に出演。7月26日 - 2nd LIVE DVD『LOVE COOK Tour 2006?マスカラ毎日つけてマスカラ?』リリース。同日発売である鈴木亜美の『Like a Love?』の表題曲である「Like a Love?」の作曲を提供する。