nakatsuka mengikuti audisi kenkyusei ke-2 akb48 (angkatan 5), dan dinyatakan diterima pada bulan oktober 2007.
ketika itu ia baru berusia 14 tahun.
rekan seangkatannya yang diterima pada waktu itu adalah rino sashihara dan rie kitahara.
pada 29 januari 2009, statusnya dinaikkan dari siswi pelatihan menjadi anggota tim b.
pengumuman perombakan susunan anggota akb48 disampaikan seusai konser akb 104 senbatsu member sokaku matsuri di nippon budokan, 23 agustus 2009.
berdasarkan pengumuman tersebut, nakatsuka dipindahkan dari tim b ke tim k. kepindahannya ke tim k terhitung mulai oktober 2009.
nakatsuka pertama kali naik panggung bersama tim k pada pertunjukan teater 12 maret 2010 di teater akb48.
ia termasuk sepuluh anggota akb48 yang tampil dalam musikal akb infinity.
musikal ini dipentaskan di teater g. rosso, tokyo dari 30 oktober hingga 8 november 2009.
pengalaman lainnya di atas panggung drama adalah bersama rekannya dari akb48, mariya suzuki dalam alice in deadly school.
drama alice in deadly school dipentaskan dari 14 oktober hingga 17 oktober 2010 di rikkokai hall, shinagawa, tokyo.
kepindahannya dari aks ke agensi artis dress code diumumkan pada malam konser akb48 manseki matsuri kibou sanpi ryouron, 25 maret 2010.
ia secara resmi berada di bawah naungan dress code mulai 1 november 2010.
nakatsuka untuk pertama kali kalinya berhasil menjadi anggota senbatsu lewat turnamen batu-gunting-kertas singel ke-19 akb48, 21 september 2010.
ia menduduki urutan ke-9, dan berhak menyanyikan lagu utama singel ke-19, "chance no junban".
ia berturut-turut menang melawan minami takahashi (babak pertama), rino sashihara (babak kedua), namun kalah melawan haruka nakagawa.
sebelum berhasil menjadi anggota senbatsu untuk "chance no junban", nakatsuka pada dua kali pemilihan umum akb48 berada di luar peringkat anggota terpopuler.
pada tahun 2011, ia mendapat peran dalam drama rakka girl yang dipentaskan dari 3 februari hingga 6 februari 2011 di shibuya bunka center, tokyo.
drama ini juga dibintangi oleh para idola, termasuk rekannya dari akb48, mariya suzuki.
meskipun kedua orang tuanya orang jepang asli, wajah nakatsuka mirip dengan orang jepang keturunan asing.
wajah dan sosok tubuhnya mirip penyiar christel takigawa, sehingga julukan untuknya chris (kurisu).
setelah singel "chance no junban", kesempatan diliput media massa untuknya masih terbatas, padahal rekannya sesama angkatan 5, rino sashihara sudah menjadi langganan sorotan media massa.
oleh karena itu, ketika akb48 membuat kegiatan ekstrakurikuler, produser yasushi akimoto melalui google+ mengumumkan pengangkatan nakatsuka sebagai ketua klub memasak.
pada konser hari pertama akb48 in tokyo dome "1830 m no yume" diumumkan kepindahan nakatsuka dari tim k ke tim a. ia secara resmi pindah dari dari tim k ke tim a pada 1 november 2012.
ketika akb48 pada tahun 2013 mengadakan pemilihan umum ke-5 dengan sistem pencalonan, nakatsuka memutuskan untuk tidak mencalonkan diri.
pada empat pemilihan umum sebelumnya, nakatsuka selalu berada di luar peringkat anggota favorit.
nakatsuka mengumumkan rencana kelulusannya dari akb48 pada pertunjukan teater tim a "waiting stage", 20 mei 2013.
pertunjukan teater team a "waiting stage" di teater akb48, 13 juni 2013 merupakan pertunjukan kelulusan tomomi nakatsuka dari akb48.
pada 5 juli 2013, nakatsuka meluncurkan buku foto/buku resepnya yang diberi judul acara bersalaman singel "sayonara crawl" edisi teater di makuhari messe, 7
juli 2013 merupakan penampilan terakhirnya di hadapan publik sebelum lulus sebagai anggota akb48.
selain sebagai penampilan terakhir nakatsuka, acara bersalaman tersebut juga merupakan acara bersalaman terakhir untuk natsumi matsubara, mika komori, serta mariko shinoda, tomomi itano, dan sayaka akimoto.
"hikoukigumo" bersama theatre girls
dalam "ponytail to shushu"
"boku no yell" bersama theatre girls
"boku dake no value" bersama under girls
"chance no junban"
"alive" bersama tim k
dalam "sakura no ki ni narou"
"area k" bersama diva
dalam "everyday, katyusha"
"hito no chikara" bersama under girls
dalam "kaze wa fuiteiru"
"vamos" bersama under girls baragumi
dalam "ue kara mariko"
"zero sum taiyou" bersama tim k
dalam "give me five!"
"jung to freud no baai" bersama special girls c
dalam "manatsu no sounds good!"
"mittsu no namida" bersama special girls
dalam "gingham check"
"ano hi no fuurin" bersama waiting girls
"kodoku na hoshizora" bersama tim a
dalam "eien pressure"
"watashitachi no reason"
dalam "so long!"
"ruby" bersama tim a shinoda
dalam "sayonara crawl"
"ikiru koto" bersama tim a
dalam koko ni ita koto
lagu unit pertunjukan teater
team a 4th stage "tadaima renai chuu"
team kenkysei "tadaima renai chuu"
team a 5th stage "renai kinshi jourei"
team b 4th stage "idol no yoake"
theatre g-rosso "yume o shinaseru wake ni ikanai"
"bye bye bye"
cadangan untuk minami takahashi dan ayaka umeda
team k 6th stage "reset"
majisuka gakuen episode 11, episode terakhir (19 maret, 26 maret 2010, tv tokyo)
majisuka gakuen 2 episode terakhir (1 juli 2011, tv tokyo)
naruto: shippden (3 november , tidak tetap, tv tokyo)
episode 455, 456
episode 481, 488, 496, 521, 522, 536 (suara: yukata)
kingdom (seri 2), (8 juni 2013 , nhk bs premium)
(1 september, 2 november, 1 desember 2008, enta!371)
shukan akb (10 juli 200930 november 2012 , tidak tetap, tv tokyo)
(26 agustus , tidak tetap, nippon television)
girlsnews: idol (2 april 2011, pigoo hd, enta!371)
akb48 nemousu terebi (family gekijo)
special "atarashii jibun ni annyeong haseyo kankoku kaiheitai" (17 juli 2011)
akb48 conte "bimyo" (6 oktober 201116 februari 2012, hikaritv)
akb48 no anta, dare?
(3 april 201211 juni 2013, tidak tetap, nottv)
bimyo na tobira akb48 no gachichare (14 september 2012, hikari tv)
jikuu keisatsu wecker: deadly night shade (10 oktober 2012, peran utama bersama honami takahashi)