水树奈奈原以演歌歌手为目标，自小受父亲训练演歌，高中时就读堀越高等学校中容许较低出席率的艺能科，尽管有所属的经纪公司，却迟迟未有歌手出道机会，所以为学校里少数几乎全勤的学生，并为领奖学金以贴补家用而相当用功，经常全校第一名。
因为热爱动漫而对配音演员一职怀有憧憬的她，于高中时期亦另外修习声优课程，在1997年高三时，终于获得出道机会，获选PS游戏软件‘NOeL 〜La neige〜’的门仓千纱一角，以艺名水树奈奈完成声优出道。
20岁时，受现在经纪人建议，离开她在东京寄宿的歌唱老师住所与其经纪公司，移籍加盟King Records，2000年12月6日以单曲“想い”歌手出道，至今共推出29张单曲、10张大碟和2张精选集，销量不俗，演唱会场场爆满，音乐活动之外，也常接旁白以及配音的工作。
2000年开始每年冬季举行演唱会，至2003年增至每年夏、冬各一次日本巡回演出。2005、06年两度在日本武道馆的举行演唱会，是继椎名碧流后第二位踏足这舞台的声优；2007、08年更先后成为首位在横滨体育馆、埼玉超级体育馆及国立代代木竞技场举行个人演唱会的声优。
2009年7月5日在西武巨蛋举办了个人（也是声优界）最大场的演唱会，全长4小时半，曲目29首，不但刷新个人纪录，也刷新了声优界的纪录。
2009年12月31日获选第60回NHK红白歌合战，成为NHK红白歌合战史上第一位登上舞台的声优，被称“动画歌曲的女王”。[3]
因唱功获赞赏和唱片销量成绩不俗，2010－13年均被邀请参加第61回－第64回NHK红白歌合战（第61回兼任红白应援队队员）。
2011年12月3日及4日首次登上东京巨蛋，是史上第八位以个人名义登上东京巨蛋、第四位连续两天开唱的日本女性歌手，而且是第一位声优能在东京巨蛋举行演唱会，再次破声优纪录。
2013年7月14日在日本巡回演唱会“NANA MIZUKI LIVE CIRCUS 2013”大阪城音乐厅场次中，宣布将于台湾举办首次海外演唱会。
2013年11月23日及24日，在台湾台北市华山1914创意文化园区台北音乐传记（Legacy Taipei）举办首次海外演唱会“NANA MIZUKI LIVE CIRCUS 2013+”。2013年11月24日，在“NANA MIZUKI LIVE CIRCUS 2013+”宣布，将于2014年再次于台湾举办海外演唱会。
2014年6月 NANA MIZUKI LIVE CIRCUS×CIRCUS＋×WINTER FESTA BD作品 首周以1.8万张销售额获得公信榜音乐部门第一名，综合部门第二名且打破纪录以连续9张BD作品蝉联音乐部门榜上第一名。第二名为安室奈美恵(5张)