2014年2月14日，主演的爱情电影《北京爱情故事》上映，她在片中饰演一个拉大提琴的女学生刘星阳，与刘昊然饰演的宋歌上演纯美初恋故事，这是其首部影视作品，该片以4亿人民币的票房收官，而欧阳娜娜开始在影视圈崭露头角；8月14日，她与妈妈合著书籍《成为最好的自己：欧阳娜娜的音乐冒险》于内地发售；11月18日，签约环球音乐；12月18日，发行首张大提琴古典专辑《15》，并获得日本第31届金唱片大赏最佳新人奖。

2015年7月5日，她首次登上北京国家大剧院的舞台并举行个人大提琴独奏会；8月1日，欧阳娜娜与其她九位女艺人共同参加明星女神生活体验真人秀《偶像来了》，并为节目配唱主题曲《你是偶像》；8月6日，与彭于晏、崔始源、窦骁等合作拍摄的青春热血电影《破风》上演，她在片中饰演车队天才工程师陈意荞，并凭借其获得第7届澳门国际电影节最佳女配角提名。

2016年6月5日，获得hito流行音乐奖爱奇艺人气大奖；6月8日，与陈学冬合作主演时尚爱情剧《是！尚先生》，她在剧中饰演天真乐观的职场新人鹿小葵，这是其首次尝试演电视剧并担任女主角；随后，推出首支个人华语单曲《温暖你的冬》失恋版；7月28日，加盟科幻动作片《机器之血》；9月29日，获得凤凰时尚之选颁奖盛典年度时尚人气先锋大奖；10月1日，与刘德华、黄晓明合作主演的喜剧动作片《王牌逗王牌》上映 。

2017年1月17日，与张若昀、许魏洲等人共同加盟跨次元偶像剧真人秀《触不到的TA》；4月9日，获得第十七届音乐风云榜年度最受关注潜力偶像；6月2日，主演的奇幻类影片《美好的意外》上映，她在片中饰演叛逆的青春期少女星星；6月16日，发行个人第二张专辑《Cello Loves Disney》（梦想练习曲） ；7月7日，加盟根据《左耳》番外篇、同名畅销小说改编的青春校园电影《秘果》上映，她在片中饰演于池子；7月19日，获得网易娱乐跨界盛典年度最具人气新锐女演员；8月15日，开启欧阳娜娜梦想练习曲2017大提琴巡回音乐会 ；11月，参加浙江卫视演技竞演类励志综艺《演员的诞生》。

2018年2月，欧阳娜娜担任浙江卫视原创室内竞技真人秀《王牌对王牌第三季》固定“王牌特工”。