2011年,10岁的山田杏奈在“CIAOGIRL2011☆AUDITION”中获得最高奖；随后,加入Amuse事务所,并担任少女漫画杂志《CIAO》的专属模特,从而踏入艺能界。2013年10月,出演刑侦剧《刑警的目光》,在剧中饰演主角成为植物人的女儿夏目绘美,这是她首次作为演员亮相。2015年7月,与田口乙叶共同主演漫改真人剧《12岁。》,她在剧中饰演情窦初开的12岁少女苍井结衣,该剧收录于《CIAO》杂志附赠DVD。2016年6月25日,参演的喜剧电影《早死早投胎之地狱摇滚篇》上映,这是她首次在电影中亮相；12月4日,参演的漫改真人版电视剧《天才麻将少女》播出,饰演麻将部成员染谷真子。2017年2月,参演的电影《天才麻将少女》上映,她在片中继续出演染谷真子；同年,她还在《北斗：一个杀人者的回心转意》《不过是先出生的我》《彬与瑛》等电视剧中出演了角色。2018年4月7日,个人首部主演电影《三角草的春天》上映,在片中她扮演了因遭霸凌家破人亡而开始复仇的转学生野咲春花；6月23日,参演的漫改电影《绝对恋爱命令》上映,在片中饰演男主角的青梅竹马水野麻美；7月7日,主演的电视剧《幸色的一居室》播出,这是她首次担任电视剧主演,饰演被诱拐后反而获得幸福的不幸少女幸；8月4日,参演的电视剧《看不见的脸》播出。2019年2月8日,参演的电影《21世纪女子》上映,她在《恋爱干燥剂》部分饰演女主角枝优花；5月24日,参演的电影《小小恋歌》上映,并凭借此片获第41回横滨电影节最优秀新人奖；6月8日,参演的电视剧《世界奇妙物语2019雨之特别篇》的单元故事《人类的种子》播出；7月6日,参演的电视剧《恶毒女儿・圣洁母亲》播出,她在第一,二集中登场；7月20日,出演的电影《五亿元的人生》上映；10月10日,与大友花恋双主演的美食剧《新手姐妹的双人餐桌》开播；12月13日,参演的悬疑电影《尸人庄杀人事件》上映。2020年1月,参演悬疑剧《10的秘密》；7月10日,出演的刑侦剧《机动搜查队404》播出,她在第三集中登场；7月17日,出演的古装奇幻剧《大江户妖怪物语》播出；9月8日,与玉城TINA共同主演的青春剧《骚动时节的少女们啊。》播出,她在剧中饰演为“性”而烦恼的文艺部成员小野寺和纱；11月6日,与铃木仁共同主演的电影《透视画男孩与全景画女孩》上映,在片中饰演平凡女高中生涩谷春子。山田杏奈2021年1月16日,参演家庭喜剧《写不出来~编剧吉丸圭佑的没有条理的生活∼》,在剧中饰演主角家的大女儿吉丸绘里花；1月29日,参演的电影《无名世界的终结》上映；2月5日,与山口麻友共同主演的惊悚电影《树海村》上映；4月5日,出演的电视剧《来杯咖啡怎么样》播出,她在第二集登场；8月,出演电视剧《准教授‧高槻彰良的推测》,登场于第二集；10月22日,主演的爱情电影《手写信》上映,在片中她挑战了女性之间的床戏；12月3日,参演的电影《她喜欢的东西是》上映,在片中饰演隐藏腐女身份的三浦纱枝。2022年2月11日,参演的电影《借来的100天》上线播出,她在片中饰演男主角的青梅竹马藤枝晶；4月,出演电视剧《迈向未来的10Count》,在剧中饰演拳击部唯一的女部员水野；5月,出演电视剧《17岁的帝国》；7月,出演热血校园剧《新・信长公记～同学是战国武将～》,在剧中饰演唯一不是战国武将的普通女高中生日下部雅；8月28日,参演的电视剧《鹈头川村事件》播出；11月,首次挑战舞台剧,出演舞台剧《夏之沙上》；同月,与奥平大兼共同主演的青春推理剧《煞风景的早间首班车》播出。2023年6月30日,主演的电影《山女》上映；10月,参演的电视剧《征税！~“付不起”有理由~》,在剧中饰演新人征税吏员百目鬼华子。2024年1月19日,参演的真人漫改电影《黄金神威》上映,饰演阿依努族少女阿希莉帕。
2020年,参加由非盈利性国际组织救助儿童会发起的#SaveWithStories项目,发布为孩子们读故事书的视频。