2004年8月，荣仓奈奈出演电视剧《爷爷~和孙子一起的夏天~》从而演员出道 ；10月16日，参演的电影《空白警察》在日本上映。2006年，主演第一部日剧《练舞》 ，此后渐转向演艺方向发展。
2007年1月20日，与松本润搭档主演的爱情电影《妹妹恋人》在日本上映，饰演双胞胎兄妹中的妹妹结城郁 ；3月31日，主演的校园电影《柠檬时期》在日本上映 ；4月，参演的由伊东美咲主演的电视剧特别篇《相聚一刻》播出 ；4月16日，与山下智久、长泽雅美、藤木直人等合作主演的爱情喜剧《求婚大作战》播出，她在其中饰演女主角吉田礼的好朋友奥绘里 ；8月18日，主演的音乐电影《阿波舞》在日本上映 。
2008年1月，主演的NHK晨间剧《瞳》播出 ；3月25日，参演的系列特别剧《求婚大作战SP》播出 ；2009年1月13日，与水岛宏、佐藤健等合作主演的青春校园剧《我的帅管家》在日本首播，她在剧中饰演双亲过世后突然得知自己是日本第一财团本乡家继承人的东云芽衣 ；5月9日，与瑛太搭档主演的剧情片《生命最后一个月的新娘》在日本上映，饰演因乳癌仅剩一个月生命的长岛千惠 ，并凭借在该电影中的表现获得了第33届日本电影学院奖的新人奖 。
2010年4月9日，参演的富士台50年台庆剧《我家的历史》在日本首播，她在剧中饰演八女家的三女、美术老师八女房子 ；同年，与藤木直人、木村佳乃等合作，主演富士台电视剧《决定不哭的日子》 。2011年4月19日，与反町隆史、井川遥、伊原刚志等合作出演的家庭剧《我的傻爸爸》播出 ；6月18日，与三浦春马、小西真奈美、井川遥等合作出演的爱情电影《东京公园》在日本上映，她在其中饰演主角光司青梅竹马的好友富永 ，并凭借该电影获得了第26届高崎电影节女配角奖 ；10月13日，主演的爱情剧《蜜之味》在日本首播，她在其中饰演实习医生森本直子 ；11月19日，与冈田将生、原田泰造、松坂桃李等合作主演的剧情片《彼时生命》在日本上映，饰演遗物处理公司职员久保田雪 。
2012年1月，与山下智久、前田敦子等合作主演的亲情剧《最完美的人生终点》播出 ；7月，主演校园悬疑剧《暗黑女教师》，饰演生物教师高仓夕子 ；11月2日，参演的历史电影《傀儡之城》在日本上映，她在其中饰演氏长之女甲斐姫 。
2013年4月13日，参演的律政喜剧《LEGAL HIGH 特别篇》在日本首播 ；4月15日，主演刑侦剧《确证～警视厅搜查3课》 ；4月23日，与冈田准一、栗山千明、田中圭等搭档主演的动作科幻电影《图书馆战争》在日本上映，荣仓奈奈饰演一等图书士笠原郁 ；9月23日，与松本润搭档主演的电影《最初的歌》在日本上映 。
2014年6月，主演的喜剧电影《漫步夏威夷》在日本上映 ；10月，主演的悬疑剧《为了N》播出，该剧为作家凑佳苗同名推理小说改编 ；11月22日，与相叶雅纪、生田斗真、韩孝珠等合作主演的爱情电影《戴维克罗的恋爱和魔法》在日本上映 。
2015年2月，主演剧情片《谜样的他》 ；4月，加盟《名侦探柯南》系列剧场版《名侦探柯南：业火的向日葵》，客串配音名画鉴定师宫台夏美 ；10月10日，与冈田准一搭档出演的动作科幻电影《图书馆战争2：最后的任务》在日本上映 ；10月22日，出演朝日台电视剧《遗产争族》，饰演富家女河村枫 。2016年4月17日，参演的由松本润主演的律政剧《99.9刑事专门律师》播出，她在剧中饰演性格较为好强的女律师立花彩乃 ；5月7日，参演的由佐藤浩市主演的悬疑电影《昭和64年：前篇》在日本上映，《昭和64年：后篇》于6月上映 。2017年，与大岛优子、吉高由里子搭档主演NTV爱情喜剧《东京白日梦女》，饰演美甲师山川香 。
2018年6月，与安田显搭档主演的喜剧电影《每天回家都会看到我老婆在装死》在日本上映 ；7月，参演的二战题材电视剧《在这世界的角落》播出，她在剧中饰演2018年夏季从东京到吴市访问老居民的近江佳代 ；10月，出演的由高桥一生主演的情感剧《我们的奇迹》在日本首播 。
2019年6月，参与动画电影《走起！面包超人闪耀！冰激凌国的香草姬》的配音 ；8月，出演由歌手中岛美雪同名歌曲改编的电影《线》 。2020年1月，出演的TBS悬疑穿越剧《特修斯之船》播出 ；同年，参演电视剧sp《东京白日梦女2020》 。
2017年6月12日，与贺来贤人的第一个孩子出生 。
2020年8月29日，官网宣布怀上二胎，已进入了安定期。