International trat Nozomi Tanaka bei den U20-Weltmeisterschaften 2016 in Bydgoszcz in Erscheinung, bei denen sie in 9:01,16 min den achten Platz im 3000-Meter-Lauf belegte. Im Jahr darauf wurde sie bei den Asienmeisterschaften in Bhubaneswar in 4:20,43 min Vierte im 1500-Meter-Lauf. 2018 siegte sie dann in 9:04,36 min bei den Juniorenasienmeisterschaften in Gifu und anschließend in 8:54,01 min auch bei den U20-Weltmeisterschaften in Tampere. Im September wurde sie beim Continental-Cup in Ostrava Sechste. Im Jahr darauf wurde sie bei den Crosslauf-Weltmeisterschaften 2019 in Aarhus in 39:27 min 39. und belegte bei den Asienmeisterschaften in Doha in 15:44,59 min den fünften Rang im 5000-Meter-Lauf. Sie qualifizierte sich über diese Distanz auch für die Weltmeisterschaften ebendort und belegte dort in 15:00,01 min im Finale den 14. Platz.