二零零五年十一月,南志铉凭借在古装影片《无影剑》中饰演女主角尹素怡的童年时代,正式开启了她的演艺生涯。次年四月,她参演了由导演宋昌修执导的喜剧电影《好搭档》。二零零七年一月,她又出演了另一部喜剧片《麻婆岛2》。二零零八年,她在爱情电影《伊甸之东》中饰演了韩智慧角色的童年时期,展现了其早期的表演潜力。二零零九年五月,她参演了月火剧《善德女王》,在剧中扮演命运多舛的“德曼公主”,即善德女王的童年时期;为了拍摄沙漠场景,剧组特意安排南志铉与剧中母亲徐英熙的扮演者前往中国宁夏的腾格里沙漠进行实地取景;同年十一月,她在作品《圣诞节会下雪吗》中再次饰演了女主角的童年阶段;也是在这一年,她于影片《视线1318》中首次担纲主角,这部作品讲述了从十三岁到十八岁青少年群体的成长故事。二零一零年,她出演了由刘仁植导演执导的谍战题材电视剧《巨人》,在剧中饰演女主角的童年时期,该剧以首尔城市大开发为背景,描绘了三兄妹的成长历程。 二零一二年三月,她出演了由金相辉执导的作品《少女侦探朴海索》;同年五月,她与朴善英、朴恩惠共同出演了家庭爱情剧《没有你无法活下去》,该剧是一部深入探讨家族价值与爱之本质的作品;八月,她与李玹雨在时隔三年后再度合作,出演了改编自日本漫画家中条比纱也作品《偷偷爱着你》的偶像爱情剧《致美丽的你》,该剧以男子高中为背景,讲述了花美男剧团的青春励志故事。二零一三年,她主演了动作电影《华颐:吞噬怪物的孩子》,并凭借在此片中的出色表现,成功入围第三十四届韩国电影青龙奖最佳新人女演员奖。二零一四年,她与姜河那共同出演电视剧《天使之眼》,饰演一位喜爱星星的少女尹秀婉;同年,她还参演了家庭剧《家族之间何必这样》,该剧围绕一位“子女傻瓜”父亲通过不孝诉讼试图改变自私子女的故事展开。 二零一六年,她与徐仁国搭档,主演了MBC电视台的浪漫爱情喜剧《购物王路易》,在剧中饰演女主角高福实。二零一七年,她与池昌旭合作,主演了SBS电视台的浪漫爱情喜剧《奇怪的搭档》,饰演女主角殷奉熙。二零一八年,她与都暻秀携手,主演了tvN电视台的古装爱情剧《百日的郎君》,在剧中饰演前大臣之女尹利瑞,其在与哥哥逃亡后改名为洪心。二零二零年三月,她与李俊赫搭档,主演了MBC电视台的奇幻悬疑惊悚剧《365:逆转命运的1年》,饰演一位性格直率、有话直说的网络漫画作家申佳贤。二零二一年七月十六日,她出演了TVING平台原创剧《请来魔女食堂吧》,在剧中饰演郑珍一角。二零二二年,她确定与金高银合作,主演tvN电视剧《小妇人》,饰演家中排行老二、不愿向金钱和贫穷低头、聪慧且富有使命感的新闻记者吴仁京。二零二四年七月十二日,她参演的电视剧《好搭档》正式播出。同年十一月十六日,她担任了《Korea Grand Music Awards》的主持人。二零二六年一月三日,她主演的古装奇幻爱情剧《亲爱的盗贼大人》播出,在剧中饰演外号为“洪吉童”的女人洪恩祖。
南志铉在影视作品中所呈现的屏幕形象与她本人的真实气质存在着相当显著的差异。当观众通过镜头看到她时,往往会被她那种机灵俏皮、活泼又带点“人小鬼大”的鲜明角色魅力所吸引;然而,脱离角色与聚光灯,现实生活中的南志铉却展现出一种安静温和、清新自然的姿态,她的举止间流露出文雅与恬淡,从而在公众面前塑造出一种既不失少女般可爱灵动,又蕴藏着优雅含蓄的淑女风范的独特形象,这种荧幕内外反差的融合,让她成为一位兼具多重魅力的演员。