2004年，松冈茉优的妹妹松冈日菜被星探挖掘，而她在与母亲一起陪妹妹到经纪公司面试时，也同样被演艺公司面试者看中，从而就此进入艺能界。
2007年，十二岁的松冈茉优参演了现代校园剧《考试之神》，并因此正式出道。2008年，松冈茉优开始在儿童节目《Oha Suta》(おはスタ)中担任常规成员;同年，松冈茉优还参演了爱情喜剧片《爱的曝光》。
2010年，松冈茉优开始将演艺重心正式转向影视方面，并参演了古装医疗剧《桂千鹤诊察日记》。2011年，松冈茉优参演了根据同名漫画改编的都市校园剧《铃木先生》。
2012年，松冈茉优先是与滨田岳、木村文乃、大森南朋合作出演了根据同名小说改编的都市爱情片《洋芋片》;随后，松冈茉优又与其他十二位艺人共同出演了青春群像片《听说桐岛要退部》 ;同年，松冈茉优还与伊藤英明、二阶堂富美、染谷将太等人共同出演了校园惊悚片《恶之教典》 ;此外，松冈茉优还参演了《铃木先生》的电影版。
2013年，松冈茉优参演了NHK电视台的话题晨间剧《海女》，并因在剧中饰演GM队长入间诗织而被更多观众所认识 ;随后，松冈茉优又与加濑亮、田中裕子、滨田岳等人共同出演了情感剧情片《最初的路》 ;同年，松冈茉优还与川口春奈、广濑爱丽丝、波瑠合作出演了根据同名漫画改编的现代恐怖片《绝叫学级》 。
2014年1月，松冈茉优客串了剧团一人主演的情景喜剧《大卖吧☆未体验少女》 ;4月，松冈茉优还在与林遣都等人合作出演的时代人性剧《银二贯》中饰演了纯真善良的料理屋老板女儿真帆 。同年7月，松冈茉优与众多艺人共同出演了青春校园爱情剧《麻辣教师GTO 2014》 ;随后，松冈茉优又与未来穗香、高嶋香帆、古泉葵合作出演了青春剧情片《放学后迷失》;11月，松冈茉优还被日本日经娱乐月刊评选为六位最受瞩目的次世代女演员之一。
2015年，松冈茉优出演了社会话题剧《问题餐厅》 ，并因在剧中饰演有极度交流障碍却厨艺精湛的Bistro餐厅主厨雨木千佳而赢得更多关注 [13] ;随后，松冈茉优与反町隆史、谷原章介等人共同主演了现代乡村剧《限界集落株式会社》;并主演了根据杉作代表漫画《酷猫小黑的生活日记(原名：クロ号)》改编的真人版电影《为什么猫都叫不来》 ;并与三浦贵大、加治将树、苍波纯联袂主演了励志剧情片《武士人生》;同年4月，松冈茉优主演了现代悬疑剧《She》，并在剧中饰演了有成为记者梦想的才女西泽凉子，而这也是其首次担任电视剧的第一主演 ;此外，松冈茉优还与冈田将生、染谷将太、黑岛结菜合作出演了科幻动作片《流浪者年代记》 ;8月，松冈茉优还出演了NHK放送90周年纪念剧《经世济民的男人》 ;并与广濑丝丝、野村周平、真剑佑等人共同主演了根据同名漫画改编的青春恋爱电影《花牌情缘》;以及，担任了好莱坞科幻片《侏罗纪世界》中11岁少年泰·辛普金斯的日语配音，而这也是其首次参与声优工作 ;10月，松冈茉优与绫野刚、吉田羊、坂口健太郎联袂主演改编自另一部同名漫画的都市医疗剧《产科医鸿鸟》 。
2016年3月17日，松冈茉优参演的日剧SP《福田和子整形逃亡15年》在日本朝日电视台播出 ;而在4月东京台深夜档纪实剧《也让我有点小执着》中松冈茉优则担任了主演 ;随后，她又参演了由堺雅人主演的大河剧《真田丸》，并在剧中饰演主人公真田信繁正妻竹林院，而这也是她出道以来首次参演大河剧 ;6月，松冈茉优还领衔主演了都市励志喜剧《水族馆女孩》，而她在剧中则饰演了浑身散发着下町气质的水族馆驯兽师岛由香 。
2017年，松冈茉优主演了根据芥川赏作家绵矢莉莎的小说改编的现代爱情片《不想恋爱(又译：随意颤抖)》，她在片中饰演的是没有任何恋爱经验的女主角江藤良香，而这也是其首度担任电影主演 ，松冈茉优则凭借该片获得了第27届日本电影职业大奖最佳女主角奖 ;随后，她还与锦户亮共同出演了现代都市剧《我的蹩脚丈夫》，并在剧中饰演了温柔体贴，一直毫不犹豫支持丈夫的贤内助小林沙也加 ;同年，松冈茉优还继续出演《产科医鸿鸟2》 。
2018年2月3日，松冈茉优出演的现代剧情片《空白的13年》在日本上映 ;6月，其出演的剧情片《小偷家族》上映 ;10月，松冈茉优确定主演漫改青春片《蜜蜂与远雷》 。
