Hanazawa bắt đầu tham gia diễn xuất khi còn học mẫu giáo. Cô xuất hiện thường xuyên tại chương trình tạp kỹ Yappari Sanma Daisensei.[2]

Vào năm 2003, cô lần đầu tiên tham gia lồng tiếng trong vai Holly trong Last Exile.[1] Năm 2006, cô tham gia lồng tiếng cho nhân vật Ryoko Kaminagi trong Zegapain.

Hanazawa vào đại học năm 2007, trong cùng khoảng thời gian đó, cô bắt đầu ghi được dấu ấn trong lòng khán giả qua những vai lồng tiếng như Suou trong Darker than Black: Gemini of the Meteor, Nadeko Sengoku trong Bakemonogatari, Angel / Kanade Tachibana trong Angel Beats, và Anri Sonohara trong Durarara!!.[3] Năm 2010, cô được thính giả của chương trình radio Nonko and Nobita's Anime Scramble bình chọn là "Nữ diễn viên lồng tiếng nữ xuất sắc nhất".[4] Năm 2007, cô tốt nghiệp đại học và được nhận vào làm viên lồng tiếng tại Công ty giới thiệu tài năng Osawa. Cuối năm 2010, cô được mời tham dự đại hội anime Anime Festival Asia tại Singapore.[3]

Vào ngày 23 tháng 2 năm 2012, có thông báo rằng Hanazawa sẽ ra mắt trang web chính thức của mình. Vài ngày sau, trong sự kiện "Kana Hanazawa Solo Debut Presentation Party", thông báo rằng cô ấy sẽ phát hành bốn đĩa đơn trong vòng một năm: "Hoshizora Destination" (星空 ☆ デ ィ ス テ ィ ネ ー シ ョ ン?) Phát hành vào ngày 25 tháng 4,[5] "Hatsukoi no Oto" (初恋ノオト, "Hatsukoi no Oto"?),[6] phát hành ngày 18 tháng 7; "Happy Endings", phát hành ngày 24 tháng 10, bài hát này được sử dụng làm bài hát chủ đề cho anime Zetsuen no Tempest,[7]. Bài "Silent Snow", phát hành ngày 16 tháng 1, 2013.[8]. Album đầu tiên của cô, Claire được phát hành ngày, 2013 và sau đó là album 25, phát hành ngày 26 tháng 2, 2014. Vào tháng 4 năm 2015, cô phát hành album thứ ba mang tên Blue Avenue , và sau đó tham gia một chuyến lưu diễn tại Nippon Budokan vào ngày 3 tháng 5 .[9][10] Bản phát hành Blu-ray của buổi lưu diễn, Live Avenue, bán được hơn 3,731 bản. Đứng thứ 6 trong bản xếp hạng Japan's Animation Blu-ray Disc từ ngày 2 đến ngày 8 tháng 11 năm 2015.[11]Hanazawa giành giải Nữ diễn viên phụ xuất sắc nhất tại Lễ trao giải Seiyu lần thứ 9. Sau đó cô đã giành được giải thưởng Nữ diễn viên lồng tiếng xuất sắc nhất của Newtype. Hanazawa đóng vai chính trong bộ phim điện ảnh live-action đầu tiên của cô, Kimi ga Inakucha Dame Nanda (君がいなくちゃだめなんだ?, It's Definitely No Good You're Not Here). Bộ live-action sau đó đứng thứ 10 trong bảng xếp hạng Oricon's Blu-ray Disc Chart.[12] Vào tháng 4 năm 2017, Hanazawa chuyển đến công ty thu âm Sacra Music trực thuộc Sony Music Entertainment Japan.[13]