武田玲奈的演艺生涯始于2013年12月，她在第二届歌手发掘试唱比赛中凭借出色表现荣获大奖，并以此为契机正式踏入演艺界。2014年2月，她成为青年杂志《Popteen》的专属模特，由此开启了专业的演艺活动；同年4月，经过一番努力，她说服了原本反对她前往东京发展的父母，毅然从家乡福岛县只身赴东京追寻梦想；也在这一年，武田玲奈被选为第96回日本全国高等学校棒球大赛福岛县KFB高中的应援人物，在家乡留下了积极的公众形象。2015年2月26日，她首次登上青年杂志《周刊YOUNG JUMP》的封面，以写真偶像身份出道并完成了首次泳装拍摄；3月，她通过出演漫改电影《暗杀教室》实现演员身份出道，为了贴合所饰演的“不破优月”一角，她毅然将长发剪短，展现了为角色付出的决心；8月，她受邀担任西班牙足球运动联赛大使，拓展了国际活动；10月3日，她与吉本实忧、葵若菜等人联合出演的剧情片《罪的留白》在日本上映，她在片中饰演“木村千晶”一角；10月25日，她与中川大志、山崎紘菜、森川葵等人合作出演的漫改日剧《监狱学园》在日本首播，她成功塑造了学生会会长“栗原万里”的妹妹“栗原千代”这一角色；紧接着，她首次担任主演的恐怖电影《万圣节噩梦2》在日本上映，标志着其主演事业的起步；11月20日，她首次参与WOWOW电视台特别节目《伝统の一戦クラシコ直前！生放送スペシャル》的现场直播，积累了宝贵的直播经验；同年，她还参与了电视剧《没撑伞的蝼蚁们》第4集的拍摄，扮演了角色“赤津舞”的中学时代。2016年3月，她参演了特摄剧《假面骑士亚马逊们》；4月1日，武田玲奈正式宣布从青年杂志《Popteen》毕业；4月2日，她出演的惊悚恐怖电影《窥视之眸》在日本首映；4月20日，她从《non-no》杂志发售的6月号开始成为该杂志的专属模特，开启了新的平面事业；10月，她在唐泽寿明主演的刑侦喜剧《最后的警察》中饰演了女刑警“小山内美咲”，尝试了新的角色类型；12月，她参演了由滨边美波主演的漫改日剧《天才麻将少女》。2017年4月，她与野田洋次郎、松井玲奈、我妻三轮子等人合作出演了漫改悬疑日剧《百万日元的女人们》；5月，她与冈山天音搭档双主演的拳击题材电影《诗歌天使》在日本上映；7月，她与饭丰万理江共同双主演TBS电视台深夜剧《真的要去航海》，在剧中饰演立志成为女性航海士的女大学生“石川燕”；9月，她出演了山本耕史主演的时代剧《植木等とのぼせもん》，进一步拓宽了戏路。2018年，她主演了关东地方电视台TVK于1月开播的剧集《人狼游戏：走失伊甸》。与此同时，与这部剧联动拍摄而成的电影版《人狼游戏：地狱》由绫部真弥执导，汇集了武田玲奈等原班人马，于4月7日正式上映；6月23日，她友情出演的剧情电影《暗黑少女狂想曲》也如期上映。2019年，她出演了AbemaTV平台推出的原创日剧《公子哥少年》。2020年4月12日，她出演的由中村伦也主演的电视剧《美食侦探明智五郎》正式播出。同年11月27日，她主演的恐怖电影《真・鲛岛事件》上映。2021年7月7日，她出演的电视剧《八月在夜晚的击球中心。》播出；同年她还参演了电视剧《Y医生：外科医生加地秀树第六季》。此外，在2021年，她也参与了电视剧《离婚活动》的演出。2022年1月8日，她出演的电视剧《喂帅哥！！》播出；随后参演的电视剧《持续可能的恋爱？～父亲与女儿的结婚进行曲～》也相继播出。5月27日，她出演的电视剧《异世界居酒屋阿信 第二季～魔女与大主教篇～》播出。同年，她还参演了一部青春爱情剧《我喜欢上了给我橡皮的女生。》。2023年4月13日，她参演的电视剧《我们之间没有的》播出。10月27日，她参演的电影《唱歌的六个女人》上映。2024年1月25日，官方宣布由她主演的电视剧《喂帅哥！！》第二季将于4月6日开播，其电影版则定于6月21日上映。4月13日，她出演的电视剧《PICU 儿童重症监护室 特别篇 2024》播出。4月14日，她参演的电视剧《你的恋人，我抢走了。》播出。7月16日，她参演的电视剧《阿南是小情人》播出。9月16日，她参演的电视剧《透明的我们》播出。2025年1月7日，她参演的电视剧《东京沙拉碗》播出。4月11日，她参演的电视剧《失踪人员捜索班：消失的真相》播出；同年11月22日，她参演的电视剧《距离直播还有30分钟》播出。2026年1月2日，她参演的电视剧《雪烟追逐》播出。
武田玲奈在演艺生涯中一直将同事务所的前辈椎名光视为自己重要的榜样与粉丝对象，而在女演员之中，她最为憧憬的则是广受观众喜爱的新垣结衣。在日常生活中，武田玲奈拥有丰富的个人兴趣，她十分喜爱观看动漫与各类电影，并且还擅长玩魔方，能够快速完成复原。在她钟爱的动画作品列表中，包括《LoveLive!》、[《樱Trick》###]以及《四月是你的谎言》等，这些作品都为她带来了许多乐趣与灵感。
武田玲奈最初以日本双马尾协会成员的身份进入公众视野，其标志性的长发造型曾给人留下深刻印象。然而，当她毅然将长发剪成利落短发后，反而更凸显出俏皮灵动的气质，其焕然一新的形象被众多网友盛赞为“最强颜值短发美女”。凭借清纯靓丽的外形条件，武田玲奈顺利从模特行业转型进入影视领域，出道之初便备受关注，很快成为电视荧屏上备受瞩目的新星，更一度获封“日本第一可爱女子高中生”的称号。她身上散发着清新自然的气息，面容精致姣好，这种独特的魅力赢得了观众广泛的喜爱。在参与电影《暗杀教室》真人版的拍摄时，为了贴合剧中不破优月这一角色，她再次剪去长发，以短发造型示人，显得愈发清爽动人、光彩照人。这位洋溢着非凡透明感的高中生，被公认为演艺界前所未见的短发美少女代表。依托早年双马尾时期积累的观众缘，以及她在表演事业上的持续深耕与突破，武田玲奈正逐渐成长为日本娱乐圈中最受追捧的新生代艺人之一，其影响力与日俱增。