2014年2月14日，主演的爱情电影《北京爱情故事》上映，她在片中饰演一个拉大提琴的女学生刘星阳，与刘昊然饰演的宋歌上演纯美初恋故事，这是其首部影视作品，该片以4亿人民币的票房收官，而欧阳娜娜开始在影视圈崭露头角；8月14日，她与妈妈合著书籍《成为最好的自己：欧阳娜娜的音乐冒险》于内地发售；11月18日，签约环球音乐；12月18日，发行首张大提琴古典专辑《15》，并获得日本第31届金唱片大赏最佳新人奖。
2015年7月5日，她首次登上北京国家大剧院的舞台并举行个人大提琴独奏会；8月1日，欧阳娜娜与其她九位女艺人共同参加明星女神生活体验真人秀《偶像来了》，并为节目配唱主题曲《你是偶像》；8月6日，与彭于晏、崔始源、窦骁等合作拍摄的青春热血电影《破风》上演，她在片中饰演车队天才工程师陈意荞，并凭借其获得第7届澳门国际电影节最佳女配角提名。
2016年6月5日，获得hito流行音乐奖爱奇艺人气大奖；6月8日，与陈学冬合作主演时尚爱情剧《是！尚先生》，她在剧中饰演天真乐观的职场新人鹿小葵，这是其首次尝试演电视剧并担任女主角；随后，推出首支个人华语单曲《温暖你的冬》失恋版；7月28日，加盟科幻动作片《机器之血》；9月29日，获得凤凰时尚之选颁奖盛典年度时尚人气先锋大奖；10月1日，与刘德华、黄晓明合作主演的喜剧动作片《王牌逗王牌》上映。
2017年1月17日，与张若昀、许魏洲等人共同加盟跨次元偶像剧真人秀《触不到的TA》；4月9日，获得第十七届音乐风云榜年度最受关注潜力偶像；6月2日，主演的奇幻类影片《美好的意外》上映，她在片中饰演叛逆的青春期少女星星；6月16日，发行个人第二张专辑《Cello Loves Disney》（梦想练习曲）；7月7日，加盟根据《左耳》番外篇、同名畅销小说改编的青春校园电影《秘果》上映，她在片中饰演于池子；7月19日，获得网易娱乐跨界盛典年度最具人气新锐女演员；8月15日，开启欧阳娜娜梦想练习曲2017大提琴巡回音乐会；11月，参加浙江卫视演技竞演类励志综艺《演员的诞生》。
2018年2月，欧阳娜娜担任浙江卫视原创室内竞技真人秀《王牌对王牌第三季》固定“王牌特工”。12月27日，担任爱奇艺生活体验推广节目《小姐姐的花店》的常驻嘉宾。
2019年5月10日，官宣参加音乐综艺节目《乐队的夏天》，担任超级乐迷；9月13日，欧阳娜娜出演中国中央广播电视总台中秋晚会。
2020年1月24日，在2020年中央广播电视总台春节联欢晚会上表演歌舞《明天会更好》；1月25日，参加江苏卫视春晚与范丞丞合作演唱歌曲《NEW BOY》、《男孩》和《世间美好与你环环相扣》；1月30日，与王源合作主演玄幻传奇古装IP剧《北灵少年志之大主宰》在爱奇艺播出，在剧中饰演神女洛璃；6月9日，发行首张创作EP《NANA I》。
2020年6月16日，欧阳娜娜工作室发布公告，表示欧阳娜娜与壹心娱乐两年合约期满，经双方友好协商并共同决定，即日起正式结束合作关系。
2020年9月11日，《美好的时光》主视觉海报曝光， 李荣浩、汪苏泷、欧阳娜娜、陈立农用音乐捕捉城隅中的治愈。9月30日，参加2020央视国庆晚会《“中国梦·祖国颂”——2020国庆特别节目》，与任达华、惠英红、马龙、杜江、童瑶、麦嘉欣合唱歌曲《我的祖国》。12月31日，参加《启航2021——中央广播电视总台跨年盛典》。同日，加盟《2021迎冬奥相约北京BRTV环球跨年冰雪盛典》。随后，参加《浙江卫视2021跨年晚会》。
2021年2月11日，参加《2021年中央广播电视总台春节联欢晚会》，与陈伟霆、佟丽娅等嘉宾表演开场歌舞《万事如意》；2月28日，在上海2020新浪微博之夜获微博年度进取艺人；6月1日，参加央视六一晚会，登台演奏；7月1日，主演电影《1921》定档上映；7月23日，参加综艺节目《向往的生活第五季》；9月21日，参加《2021年中央广播电视总台中秋晚会》，演奏《觉醒年代》主题音乐；同日，参加《2021大湾区中秋电影音乐晚会》，与杜江、张小斐、莫华伦等演唱歌曲《但愿人长久》；10月15日，参加《抖音美好奇妙夜》；10月25日，与高伟光主演的民国奇幻爱情剧《如月》在横店开机，在剧中饰演盲女米兰。
2022年5月20日，参加《萌探探探案》第二季；8月12日，参加《百川乐时空》；8月14日，参加《2022微博电影之夜》；8月12日，参加《勇往直前的萌哥探姐》；9月1日，参加青年夏日旅行社交成长综艺《相遇的夏天》开播；9月10日，将参加《2022年中央广播电视总台中秋晚会》，参加交响演奏《长江之歌》；9月10日，参加“明月知我——闽江之心中秋电影云歌会”，诗词朗诵《月光变奏曲》；9月13日，与徐正溪合作主演网剧《永安梦》开机。
