熱血役を演じることができる数少ない若手人材として知られる。中学校での部活は剣道部に所属していたが、高校で演劇部に所属したことが声優を目指したきっかけ。「自分の姿カタチにとらわれず、あらゆるものを演じられる声優の可能性に惹かれた」とのこと(東放学園/東京アナウンス学院卒業生メッセージ)。東京アナウンス学院卒業後、2005年に『創聖のアクエリオン』の主役アポロ役でデビュー。2008年12月末までホーリーピークに所属していたが、2009年2月よりぷろだくしょんバオバブに移籍。2011年8月末にぷろだくしょんバオバブを離れ、9月1日付でアクセルワンに移籍した。2012年、第6回声優アワードで、ST☆RISHの一員として歌唱賞を受賞。2017年7月6日に佐藤聡美と結婚したことを発表した(→★)。寺島は2011年10月12日付けのブログで、当時『けいおん!』について語っていたところ、あと、今まで何回も言ってますが、寺島が一番好きなのは唯です!だが今回の律はヤバいぜ、これ。結婚したいのは律だな、間違いない。律みたいな元気で楽しくて実は家庭的で女の子らしさもあるそんな素敵な女性と結婚しよう。