Ai Takahashi urodziła się w Sakai w prefekturze Fukui w 1986 roku. Podczas LOVE Audition 21 została wybrana do dołączenia do piątej generacji zespołu Morning Musume. razem z Konno Asami, Makoto Ogawą i Risą Niigaki. TSUNKU, pytany o wybranie Takahashi do tej grupy, twierdził, że zdecydował się na tę piętnastolatkę ze względu na jej wyjątkowy talent wokalny.
Z powodu swojego dziedzictwa Takahashi była często w centrum zainteresowania zarówno wśród pozostałych członkiń Hello! Project, jak i gwiazd medialnych. Jednak dzięki przeprowadzce do Tokio i profesjonalnemu treningowi głosu, wokalistka straciła w większości regionalny akcent. Ciekawostką jest to, że w oryginalnej wersji Joshi kashimashi monogatari Takahashi odniosła całą zwrotkę tej piosenki do swojego akcentu.
We wrześniu 2002 roku, członkinie Morning Musume. zostały podzielone na podgrupy i Takahashi została umieszczona w drugiej generacji Mini Moni, po odejściu z niej Mari Yaguchi w 2003 roku. Zadebiutowała w pierwszym filmie tej formacji - "Minimoni ja Movie okashi na daibouken!”. Film ten stanowił nie tylko samodzielne przedsięwzięcie, ale także zapewnił bardziej emocjonalny koniec kariery Yaguchi i przedstawienie Takahashi w zespole. W 2003 roku Takahashi znalazła się w krótko działającym zespole Morning Musume. Sakuragumi i wzięła udział w nagrywaniu jego dwóch kolejnych wydawnictw.
Po nagraniu Do it! Now, młoda piosenkarka stała się jedną z bardziej popularnych członkiń Morning Musume., ale dopiero wraz z wydawnictwem ROMAN ～MY DEAR BOY～ zajęła pozycję jednej z głównych wokalistek. Po nagraniu The MANPOWER!!! w 2005 roku, Takahashi została jedną z liderek zespołu i utrzymywała tę pozycję na kolejnych singlach.
Prawdopodobnie ten "awans” w grupie był wynikiem jej pojawienia się na albumie TAKE 1 artysty TSUNKU w 2002 roku, z którym zaśpiewała w duecie LOVE ～since 1999～. Poprzednio był to duet TSUNKU i japońskiej idolki Ayumi Hamasaki.
Wraz z uformowaniem się drużyny kickballu Metro Rabbits H.P. w 2006 roku, Takahashi była początkowo jej tylko zwykłym członkiem. Jednak kiedy Ai Kago została zawieszona w wyniku skandalu związanego z paleniem, Takahashi została mianowana nowym kapitanem drużyny. W 2006 roku zagrała także główną rolę w letnim musicalu Hello! Project, "Ribbon no kishi: The Musical", bohaterkę Sapphire. Kończąc pracowity rok, Takahashi wydała swój pierwszy solowy singiel, dostępny tylko przez Internet. Mimo że Yume kara samete został wydany w formie cyfrowej w niskiej cenie, piosenka znalazła się później na Pucchi Best 7 z promocyjnym wideo na dołączonym do albumu DVD.
2 stycznia 2007 roku pojawiła się informacja, że Hitomi Yoshizawa ma odejść z Morning Musume. w maju, zostawiając Ai Takahashi funkcję zastępcy liderki zespołu. Jednak ledwie kilka tygodni później Miki Fujimoto także opuściła grupę, podążając śladami Mari Yaguchi, co uczyniło Ai Takahashi aktualną liderką.
W 2008 roku Takahashi została członkiem nowej formacji Hello! Project, nazwanej High King, stworzonej specjalnie dla promocji musicalu Morning Musume. - "Cindrella the Musical", w którym artystka grała główną rolę. W lipcu tego roku ogłoszono, że Takahashi razem z inną członkinią Morning Musume., Risą Niigaki, zagra w serialu. Był to "Hitmaker: Aku Yuu Monogatari”, w którym piosenkarki występowały jako Pink Lady - duet jpopowy z lat 80-tych.
1 lutego 2009 roku Takahashi - liderka zespołu Morning Musume. - otrzymała kolejną pozycję lidera, tym razem w Hello! Project, z rąk Yuko Nakazawy podczas występu Hello Pro Award ’09 ~Elder Club Sotsugyo Kinen Special~ w Yokohama Arena. Artystka była również jedną z wielu gwiazd showbiznesu reklamującą "Final Fantasy XIII”, wydaną w Japonii w grudniu tego roku.
W latach 2009-2010 Takahashi została rekordzistką w Morning Musume. w wielu dziedzinach: była jedną z siedmiu członkiń w historii zespołu pozostających w nim ponad 7 lat (pozostałe to Kaori Iida, Rika Yoshizawa, Risa Niigaki, Eri Kamei, Sayumi Michishige i Reina Tanaka) i jedną z dwóch (razem z Niigaki), które były jego częścią przez osiem lub dziewięć lat; razem z Risą Niigaki miała też najdłuższy staż w aktualnym składzie Morning Musume.. Takahashi była również drugą z kolei członkinią zespołu, która osiągnęła wiek 24 lat, ciągle będąc jego częścią (pierwszą była Yuko Nakazawa z oryginalnego składu grupy).
9 stycznia 2011 roku Takahashi zdecydowała, że opuści Morning Musume pod koniec jesiennej trasy zespołu, oddając pozycję liderki swojej zastępczyni, Risie Niigaki. Artystka ma dalej kontynuować karierę w dziedzinie muzyki i teatru.
