Mini-flyweightEdit
Tanaka se stal profesionálem ve věku 18 let v roce 2013. V listopadu 2014, Tanaka porazil dříve neporažený Ryuji Hara přes desáté kolo technický knockout (TKO) vyhrát OPBF mini-muší váha titul. Ve svém dalším boji Tanaka rozhodl Juliana Yedrase (117-111, 117-111, 115-113), aby získal titul WBO v mini-muší váze. Tanaka drží japonský rekord pro získání světového titulu v nejmenším počtu bojů (pět), překonal předchozí rekord, který držel Naoya Inoue ze šesti bojů. Tanakova jediná obhajoba titulu v mini-muší váze přišla proti Vicu Saludarovi, kterého vyřadil v šestém kole po levém háku k tělu. Saludar srazil Tanaka v šestém kole, a byl před zastavením na všech scorecardech.
Junior-flyweightEdit
v prosinci 2016 Tanaka vyzval bývalého držitele titulu mini-flyweight Moisés Fuentes o titul WBO junior-flyweight. Tanaka dominoval Fuentesovi, upustil ho v pátém kole, než rozhodčí Raul Caiz Jr zastavil boj, dát Tanakovi vítězství TKO. Díky vítězství se Tanaka stal mistrem světa ve dvou váhách v pouhých osmi zápasech. Tanakova první obrana přišla proti vyhlídce Ángel Acosta. První z nich vyhrál široké jednomyslné rozhodnutí (UD) (117-110, 117-110, 116-111)a jednou upustil od Acosty. Acosta vyhrál všech 16 svých předchozích bojů knockoutem.
Tanakova druhá obrana proběhla v září 2017 proti málo známému stíhači Palangpol CP Freshmart. Tanaka byl obrovský favorit jít do boje, ale Palangpol by se ukázal být Tanaka nejtěžší vyzyvatel tak daleko, upustil obhájce jednou v prvním kole a obchodování tam a zpět kombinace pro zbytek zápasu. Po napínavém boji, Tanaka konečně získal navrch v devátém kole, když srazil Palangpol a pokračoval v přistání velkých kombinací, když se challenger snažil spojit. Nakonec rozhodčí zakročil a v devátém kole zápas zastavil na 1:52.
Tanaka předtím usiloval o sjednocení zápasu proti držiteli titulu WBA Ryoichi Taguchi v prosinci, ale zranění během boje proti Palangpolu by mu zabránila v boji k tomuto datu.
FlyweightEdit
v prosinci 2017 Tanaka uvolnil svůj juniorský titul v muší váze a přesunul se do divize muší váhy. V Září 2018 Tanaka porazil Sho Kimuru, aby získal titul WBO flyweight, čímž vyrovnal rekord Vasyla Lomachenka, který se stal mistrem světa ve třech váhách za pouhých 12 bojů.
v březnu 2019 bojoval Tanaka s bývalým WBA, IBF, lineal a ringovým juniorským šampionem v muší váze a domácím soupeřem Ryoichi Taguchim o první obranu svého titulu WBO flyweight v jednostranném zápase, který diváci označili za „akční balíček“. Po boji Tanaka vyjádřil lítost nad tím, že nevydal knockout.
v srpnu 2019 Tanaka bojoval s Jonathonem Gonzalezem poté, co prohrál na všech třech rozhodčích scorecards vedoucích až do sedmého kola, Tanaka vydal brutální knock out, aby udělal druhou úspěšnou obranu svého titulu WBO flyweight.
na Silvestra v roce 2019 Tanaka bojoval s Wulanem Tuolehazim, Tanaka vydal brutální knockout třetího kola po jednostranném boji, aby potřetí obhájil svůj titul WBO flyweight. Krátce po zápase, uvolnil svůj titul WBO flyweight, oznámil, že má v úmyslu bojovat s Kazutem Iokou o svůj titul WBO super flyweight.
Super-flyweightEdit
Kosei Tanaka je naplánován na Silvestra 2020 bojovat s šampionem WBO Super flyweight Kazuto Ioka ve snaze vyhrát hlavní titul ve čtyřech divizích v nejmenším počtu bojů. Stane se také druhým japonským šampionem, který vyhraje hlavní titul ve čtyřech divizích, pokud zvítězí, první je jeho soupeř, Kazuto Ioka.
