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）。
