「レイトン教授と永遠の歌姫」は、大ヒットゲーム「レイトン」シリーズの劇場アニメ版として公開されました。大泉洋さんや堀北真希さんなどゲーム版と同じメインキャストも登場し、水樹奈々さんはオペラ歌手のジェニス・カトレーン役を務めただけでなく主題歌「永遠の歌姫」も担当しました。

大手アニメーション制作会社であるサテライトが制作を行い、2019年には第5期が放送され話題になった「戦姫絶唱シンフォギア」シリーズ。水樹奈々さんはメインキャラクター風鳴翼役を演じており、第5期までのオープニングテーマや挿入歌なども担当しています。

重い運命を背負った美女たちの活躍を描いたロボットアニメ「クロスアンジュ 天使と竜の輪舞」。水樹奈々さは主人公であるアンジュを演じており、同作が参戦したゲーム「スーパーロボット大戦」シリーズのV、Xにもアンジュ役で出演しました。

水樹奈々さんが朧（おぼろ）役で出演した「バジリスク 甲賀忍法帖」は、小説「甲賀忍法帖」を原作としたコミックをアニメ化した作品。2018年のアニメ「バジリスク 桜花忍法帖」にも出演しました。

「バジリスク 甲賀忍法帖」のオープニングテーマに起用された陰陽座の名曲「甲賀忍法帖」も根強い人気があり、作品のパチスロ版のテーマソングにも起用されました。

週刊少年ジャンプで連載されていた「シャーマンキング」は、2001年7月から2002年9月までテレビ東京系列でアニメ版が放送されていました。水樹奈々さんは同作で玉村たまおを演じ、その他コロロ役や幼少期のピノ・グレアム役など、複数のキャラクターを担当しました。

アニメ作品としては少々珍しい、バレエの世界をテーマにした「プリンセスチュチュ」。水樹奈々さんが担当したるうはアニメのメインキャラクターとして描かれ、彼女の活躍も見どころのひとつとなっています。

2004年に放送された「ニニンがシノブ伝」は、月刊コミック電撃大王で2000年から2006年まで連載されていたコミックを原作としてテレビアニメ。ドラマCD版とキャストが異なり、水樹奈々さんはテレビアニメ版において主人公の忍を演じています。

週刊少年ジャンプはかわいい女の子たちが登場する作品も人気があり、連載されていた「いちご100%」も代表的なラブコメ漫画のひとつ。テレビアニメ・OVA化も果たしており、水樹奈々さんはヒロインのひとりである南戸唯役を演じました。

世界的に大ヒットを記録しているポケモンシリーズは、テレビアニメ版も大人気。劇場版アニメも全作高評価を得ており、水樹奈々さんは2作同時に公開された「ポケットモンスター ベストウイッシュ ビクティニと黒き英雄 ゼクロム/白き英雄 レシラム」で幻のポケモンであるビクティニを演じました。

実写映画・テレビドラマ化も果たすほどのヒットとなり、2017年には第4期が放送されたテレビアニメ「地獄少女」。主人公の印象的な決め台詞も話題になり、水樹奈々さんは第1期のメインキャラクター柴田つぐみ役を担当しました。

人気コミックを原作とした「鋼の錬金術師」の初代アニメ版では、原作とは異なる物語が描かれました。水樹奈々さんはアニメオリジナルキャラクターである少年のラースを演じており、中盤からの登場となったものの、物語におけるある秘密を握るキャラクターとして描かれ視聴者にインパクトを与えました。

初代アニメ版の続きを描いた映画「鋼の錬金術師 シャンバラを征く者」にもラース役で出演しており、ラースの物語、そして主人公であるエルリック兄弟の選択などテレビアニメ本編と同等のシリアスな物語が話題になりました。

また、水樹奈々さんは初代アニメ版の放送時に発売されたゲーム「鋼の錬金術師 翔べない天使」にも出演。ゲーム版だけに登場したオリジナルキャラクター、アルモニ・エイゼルシュタインを担当し、かわいい女の子役を演じました。