Mini-flyvevægtrediger
Tanaka blev professionel i en alder af 18 år i 2013. I November 2014 besejrede Tanaka tidligere ubesejret Ryuji Hara via tiende runde teknisk knockout (TKO) for at vinde OPBF mini-flyvevægt Titel. I sin næste kamp besluttede Tanaka Julian Yedras (117-111, 117-111, 115-113) for at vinde VBO mini-flyvevægt Titel. Tanaka har den japanske rekord for at vinde en verdensmesterskab i de færreste kampe (fem) og overgår den tidligere rekord, som Naoya Inoue havde på seks kampe. Tanakas eneste titelforsvar ved mini-flyvevægt kom mod Vic Saludar, som han slog ud i runde seks efter en venstre krog til kroppen. Saludar slog Tanaka ned i runde seks og var foran på alle scorekort inden Stop.
Junior-flyvevægtrediger
i December 2016 udfordrede Tanaka den tidligere mini-flyvevægt titelindehaver mois Kris Fuentes til junior-flyvevægt Titel. Tanaka dominerede Fuentes og droppede ham i runde fem, før dommer Raul Cais Jr stoppede kampen og gav Tanaka en TKO-sejr. Med sejren blev Tanaka en to-Vægt verdensmester i kun otte kampe. Tanakas Første forsvar kom mod prospect Kerrngel Acosta. Førstnævnte vandt en bred enstemmig beslutning (ud) (117-110, 117-110, 116-111) og faldt Acosta en gang. Acosta havde vundet alle 16 af sine tidligere kampe ved knockout.
Tanakas andet forsvar fandt sted i September 2017 mod den kendte fighter Palangpol CP Freshmart. Tanaka var en stor favorit, der gik ind i kampen, men Palangpol ville vise sig at være Tanakas hårdeste udfordrer hidtil, droppe den forsvarende mester en gang i første runde og handle frem og tilbage kombinationer for resten af kampen. Efter en spændende kamp ville Tanaka endelig få overhånden i runde ni, da han slog Palangpol ned og fortsatte med at lande store kombinationer, da udfordreren kæmpede for at oprette forbindelse. Til sidst trådte dommeren ind og stoppede kampen kl 1:52 i runde ni.
Tanaka havde tidligere søgt en foreningskamp mod Ryoichi Taguchi i December, men skader under kampen mod Palangpol ville forhindre ham i at kæmpe på den dato.
Flyvevægtredit
i December 2017 forlod Tanaka sin junior-flyvevægtstitel for at flytte til flyvevægtafdelingen. I September 2018 besejrede Tanaka Sho Kimura at erobre VBO flyvevægt titel, svarende til Vasyl Lomachenkos rekord for at blive en tre-vægt verdensmester i kun 12 kampe.
i marts 2019 kæmpede Tanaka tidligere VBA, IBF, lineal og Ring junior flyvevægt mester og indenlandske rival Ryoichi Taguchi for det første forsvar af hans VBO flyvevægt titel i en ensidig kamp beskrevet som “actionfyldt” af tilskuere. Efter kampen udtrykte Tanaka beklagelse over, at han ikke leverede en knockout.
i August 2019 kæmpede Tanaka mod Jonathon efter at have tabt på alle tre dommers scorekort, der førte op til den syvende runde, leverede Tanaka et brutalt knock out for at gøre et andet vellykket forsvar af sin FLYVEVÆGTTITEL.
på nytårsaften i 2019 leverede Tanaka en brutal knockout i tredje runde efter en ensidig kamp for at forsvare sin FLYVEVÆGTTITEL for tredje gang. Kort efter kampen forlod han sin VBO-flyvevægtstitel og meddelte, at han havde til hensigt at kæmpe mod Ioka for sin VBO-superflyvevægtstitel.
Superflyvevægtredit
Kosei Tanaka er planlagt til at kæmpe mod SUPERFLYVEVÆGTSMESTER Kasuto Ioka nytårsaften 2020 i et forsøg på at vinde en større titel i fire divisioner i de færreste kampe. Han bliver også den anden japanske mester, der vinder en større titel i fire divisioner, hvis han vinder, den første er hans modstander, Kasuto Ioka.
