2005年11月，南志铉在古装片《无影剑》中扮演女主角尹素怡的小时候而登上影坛。
2006年4月，出演了由宋昌修执导喜剧片《我的队长金大出》。
2007年1月，出演喜剧片《麻婆岛2》。
2008年，南志铉在爱情片《伊甸之东》中饰演韩智慧的童年时代。
2009年5月，参演月火剧《善德女王》，饰演命运坎坷的“德曼公主”，为了拍沙漠的戏，剧组特别带着南志铉与剧中的母亲徐英熙到中国宁夏腾格里沙漠取景。11月，出演《圣诞节会下雪吗》，饰演女主角的童年。同年，在影片《视线1318》中首次担任主角，该剧讲述从13岁到18岁的人们的故事。
2010年，出演了由刘仁植执导的谍战剧《巨人》，饰演女主角的童年，该剧讲述了三兄妹在首尔城市大开发中的成长故事。
2012年3月，出演了由金相辉执导的《少女侦探朴海索》。5月，与朴善英、朴恩惠出演家庭爱情剧《没有你无法活下去》，该剧是一部体现家族的价值和爱的本质的作品。8月，南志铉与李玹雨时隔三年再次携手，出演了改编自日本漫画家中条比纱也的漫画《偷偷爱着你》的偶像爱情剧《致美丽的你》，该剧讲述以男子高中为背景的花美男剧团的青春励志故事。
2013年，出演动作片《华颐：吞噬怪物的孩子》，获得第34届韩国电影青龙奖最佳新人女演员奖。
2014年，与姜河那出演电视剧《天使之眼》，饰演喜欢星星的少女尹秀婉。同年，出演家庭剧《家族之间何必这样》，饰演车氏家族的长女，大奥集团的秘书室长，该剧以一个“子女傻瓜”爸爸利用不孝诉讼改变自私的子女的故事为中心。
2016年，搭档徐仁国，主演MBC浪漫爱情喜剧《购物王路易》，饰演女主角高福实。
2017年，搭档池昌旭，主演SBS浪漫爱情喜剧《奇怪的搭档》，饰演女主角殷奉熙。
2018年，携手都暻秀，主演tvN古装爱情剧《百日郎君》。
