2008年,以模特身份出道,开始担任各时尚杂志的平面模特。
2010年,出演个人首部电影作品《肥皂泡》。
2013年,主演剧情短片《我回来了》。
2014年,参演由中岛哲也执导,役所广司主演的悬疑剧情片《渴望》;同年,她还在纯爱片《近距离恋爱》中饰演了女主角枢木润希,而小松菜奈也凭借此角色收获了颇高人气。
2015年,主演根据绵矢莉莎同名小说改编的都市励志剧《造梦女孩》;同年,还在漫改青春励志片《爆漫王》中饰演了女主角;此外,她还参演了漫改悬疑片《预告犯》。
2016年,主演漫改青春爱情片《溺水小刀》;主演漫改校园爱情片《才不对黑崎君言听计从》;主演小说改编的纯爱片《明日的我与昨日的你约会》;参演真利子哲也执导的剧情片《错乱的一代》;参演丰岛圭介执导的喜剧片中《英雄迷的生活》;同年,还主演了电影《高台家的人们》的前传剧集。
2017年,参演马丁·斯科塞斯执导的历史剧情片《沉默》;主演漫改动作片《JOJO的奇妙冒险:不灭钻石第一章》。
2018年,参演的漫改电影《坂道上的阿波罗》上映;5月,与大泉洋共同主演的电影《恋如雨止》在日本上映;11月,参演的恐怖电影《来了》上映。
2019年2月,出演的古装电影《马拉松武士》上映;11月,出演的电影《闭锁病栋》在日本上映;同年,她还出演了根据同名小说改编的真人电影《樱》。
2020年,主演的剧情电影《线》在日本上映。
2021年,与林遣都共同主演的电影《恋爱寄生虫》上映。
2022年,主演藤井道人执导的电影《余命十年》。
《樱》、《溺水小刀》、《明日的我与昨日的你约会》、《渴望》、《余命十年》、《恋爱寄生虫》、《坂道上的阿波罗》、《JOJO的奇妙冒险:不灭钻石第一章》等。
《近距离恋爱》、《造梦女孩》、《Thrill黑之章律师白井真之介的大灾难》、《Thrill红之章警视厅庶务科瞳的破案笔记》、《才不对黑崎君言听计从》、《高台家的成员》等。
2014年,获第69届每日映画评选会新人奖-《渴望》。
2014年,获第39届报知电影奖新人奖-《渴望》。
2016年,获第8届TAMA映画赏最优秀新人女演员奖-《错乱的一代》、《才不对黑崎君言听计从》、《爆漫王》、《英雄迷的生活》。
2016年,获第38届横滨电影节最优秀新人奖-《错乱的一代》。
2016年,获第90届日本电影旬报奖新人女演员奖-《溺水小刀》、《错乱的一代》、《才不对黑崎君言听计从》、《英雄迷的》。
2019年,获第44届日本报知电影奖最佳女配角-《闭锁病栋》。
2020年,提名第62届日本电影蓝丝带奖最佳女配角-《闭锁病栋》。
与山下智久合拍电影《近距离恋爱》后人气急升的女演员小松菜奈,不仅独特的五官让人过目不忘,身上更散发着少女的美妙韵味,而本身就拥有细长眼型的她打造起各种眼妆都不失性感韵味,比杏眼型美女更具独特魅力(新浪网评)。
散发着独特气质的小松菜奈让人为之倾倒不已,而在电影《渴望》中饰演女主角加奈子的她则与角色毫无违和感,上一秒还是清纯的女学生,下一秒却可以变为夜店辣妹,更将天使跟恶魔的个性玩转的非常自如,多变的形象让男性观众直呼性感,首次担纲电影女主角的她便以独特气质让人留下深刻印象,被冠上了新一代女神的封号,亮眼表现也让她片约不断,演艺前景更是一片大好(米娜时尚网、中时电子报评)。