日本の脚本家。山形県上山市出身、早稲田大学第一文学部中退。

映画館を経営する実家で育ち、早稲田大学ではテレビ芸術研究会に所属。学生時代からテレビドラマの助監督やシナリオライターのアルバイトを始め、やがて大学は2年で中退したが、ライターの仕事では食べられずに、アニメ業界へ足を踏み入れる。
アニメ制作会社の日本サンライズでテレビアニメ『サイボーグ009』で制作進行を務めた後、スタジオぴえろへ制作として入社。スタジオぴえろの第1回作品の『ニルスのふしぎな旅』でも制作進行を務め、ここで伊藤はその後のパートナーとなる押井守と知り合う。押井守がチーフディレクターに昇格した『うる星やつら』からは文芸を担当することになった。
『うる星やつら』は伊藤が本格的に脚本家としての活動を始めるきっかけとなった作品であり、キャラクターデザインの高田明美とは後に結婚するなど転機となった作品である（後に離婚）。押井、高田らとは後に『機動警察パトレイバー』の原作チームヘッドギアを結成した。
伊藤は『平成ガメラシリーズ』の生みの親でもある。実家の映画館では怪獣映画を見ながら育った根っからの怪獣映画ファン。担当したアニメ作品ではよく怪獣映画のオマージュを取り入れた。また、『ガメラ』を監督した映画監督である金子修介とは、かつての特撮テレビ『ウルトラQ』の劇場映画版を作る予定があったが、流れてしまった経緯がある。
大の『マジック:ザ・ギャザリング』好きであり、『平成ガメラシリーズ』にはその影響が随所に見られる。また、担当した特撮ドラマにシリコンの要素を含ませる事が多い。
静岡県熱海市在住。