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”（的童年名字），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，主演MBC电视台新剧《购物王路易》 。