小松菜奈2010年，14岁的小松菜奈以模特身份出道并开始在艺能界活动；同年，小松菜奈还出演了个人首部电影作品《肥皂泡》。此后两年，小松菜奈主要担任各时尚杂志的平面模特 。2013年，小松菜奈与宇野祥平搭档主演了剧情短片《我回来了》。
2014年，小松菜奈又与役所广司、中谷美纪、小田切让联袂主演了现代悬疑剧情片《渴望》，并在片中饰演了时而清纯又时而性感的诡异少女藤岛加奈子 ，此片则入围了第39届多伦多国际电影节"先锋单元" ，而小松菜奈个人也凭借在片中的不俗表现获得了第69届每日映画评选会最佳新人奖 ，以及第38届日本电影学院奖最佳新演员奖 ；10月11日，与山下智久、水川麻美、小泷望与共同主演的浪漫爱情电影《近距离恋爱》在日本上映，并在片中饰演了性格沉稳冷静且十八般武艺样样全能的天才高中生枢木润希 ，小松菜奈则凭借此角色开始在演艺方面崭露头角；同年，小松菜奈还与佐藤健、神木隆之介合作主演了根据同名漫画热血青春励志片《食梦者》，小松菜奈则在中饰演了个性单纯却意志坚定的女主角亚豆美保 ；此外，小松菜奈还主演了都市励志剧《梦女孩》 。
小松菜奈2015年，小松菜奈与众多艺人共同出演了马丁·斯科塞斯执导的历史剧情片《沉默》。同年与东出昌大、菅田将晖等人合作了漫改喜剧电影《英雄迷的生活》，并在剧中饰演拥有超高情报收集能力的高中女生薰 。参演电影《毁灭宝贝》，化身为妖艳的陪酒女郎
2016年，主演漫改青春爱情片《溺水小刀》，饰演曾是顶尖青少年模特儿的望月夏芽；而她在漫改校园爱情片《才不对黑崎君言听计从》中则饰演了女主角赤羽由宇；随后，小松菜奈还在小说改编的纯爱片《明日的我与昨日的你约会》中饰演了女主角福寿爱美；在真利子哲也执导的剧情片《错乱的一代》中饰演了妖艳的陪酒女郎那奈；在丰岛圭介执导的喜剧片中《英雄迷的生活》中饰演了拥有超高情报收集能力的高中女生寺泽薰，而她也凭借在多部影片中的表现获得了第90届日本电影旬报奖新人女演员奖、第38届横滨电影节最优秀新人奖、第8届TAMA映画赏最优秀新人女演员奖的荣誉；同年，小松菜奈还主演了电影《高台家的人们》的前传剧集，并饰演30年前的高台由布子。
2017年，参演马丁·斯科塞斯执导的历史剧情片《沉默》；并在漫改动作片《JOJO的奇妙冒险：不灭钻石第一章》中饰演女主角，性格强势的女高中生山岸由花子；同年，小松菜奈还在双主角联动剧《Thrill 红之章 警视厅庶务科 瞳的破案笔记》和《Thrill 黑之章 律师白井真之介的大灾难》中饰演了在警视厅庶务科工作的女职员中野瞳。
2018年，其参演的漫改电影《坂道上的阿波罗》上映，她在片中饰演性格温柔的女主角迎律子；5月，与大泉洋共同主演的电影《恋如雨止》在日本上映。
2019年，参演由中岛哲也执导、冈田准一主演的恐怖电影《来了》，在其中饰演拥有很强灵感的主角恋人比嘉真琴。参演由土桥章宏小说改编的电影《马拉松武士》。参演由笑福亭鹤瓶主演的电影《闭锁病栋》。出演小说《樱》改编的真人电影。
2020年，参演的电影《樱》上映，在剧中饰演MIKI。4月24日，主演的电影《糸》在日本上映，在剧中饰演园田葵。
