2004年，接演电影《头文字D》中“美也”一角，拍摄同时受台湾歌手周杰伦之邀，在日本拍摄专辑《七里香》MV中担当女主角。《七里香》MV播放时稍微在华人圈打开知名度。在周杰伦与《头文字D》导演刘伟强的建议后，田中千绘不顾父母反对，于2006年6月毅然决定来台湾留学发展。同年推出《头文字D电影写真》。
田中千绘来台后，在“国立”台湾师范大学国语教学中心专心上了八个月中文课，期间停止任何演艺活动。2007年3月原本要依计划返回日本工作，但在返国前被导演魏德圣于网络上搜寻到她的博客，力邀后接下台湾电影《海角七号》女主角“友子”一角，继续留在台湾 。2008年8月《海角七号》在台湾上映后观众反响不俗，田中千绘走红并在华语电影市场打响知名度 ，凭借该片被提名2008年金马最佳新人奖 ；同年9月，《海角七号》于日本千叶县幕张得到第四届亚洲海洋电影节首奖。
2009年，参与拍摄爱情电影《对不起，我爱你》 ，田中千绘为《对不起，我爱你》进录音室配唱主题曲《遥远的日子》 。
2010年，头一次演电视剧的田中千绘战战兢兢，在《星光下的童话》里她将饰演名模，也是陈楚河在剧中的女友。 7月，在喜剧电影《爱情36计》担任女主角 。
2011年，参与拍摄影片《2012来了》，田中千绘和黄又南首次合作 。参与拍摄魏德圣执导电影《赛德克巴莱》，片中饰演最传统的日本女性 。
2012年，主演电视剧《儿女情更长之家不能散》，剧中田中千绘饰演角色谭芳芳 。2月，主演电影《剑洴沙：野人行动》拍摄完毕，片中出演一位忠实于自己感情的都市女孩。4月，参与拍摄时尚爱情喜剧电影《恋爱之城》的第一部《爱在响螺湾》 。
2013年，参与拍摄电视剧《义者无敌》，搭档演员陈宝国、陈月末、韩童生、刘桦、王梓诺等人合作出演 。
2017年，客串相叶雅纪主演富士台月九剧《贵族侦探》第九集 。
2018年，参演金融谍战题材抗战剧《决币》
2021年8月17日，特别出演的喜剧电影《雀侠奇缘之大三元》上映 。
田中千绘的父亲是自创“トニータナカ”（TonyTanaka）品牌的日本彩妆大师田中东尼，母亲和兄长也是彩妆师。
2008年的《海角七号》让大家认识了她。 无论是《头文字D》里惊鸿一瞥的“美也”还是《海角七号》中的女一号“友子”，田中千绘所扮演的角色总能给人留下深刻的印象 （网易娱乐评）。
