Mini-Fliegengewichtbearbeiten
Tanaka wurde 2013 im Alter von 18 Jahren Profi. Im November 2014 besiegte Tanaka den zuvor ungeschlagenen Ryuji Hara durch technischen KO in der zehnten Runde (TKO), um den OPBF-Titel im Mini-Fliegengewicht zu gewinnen. In seinem nächsten Kampf entschied Tanaka Julian Yedras (117-111, 117-111, 115-113), um den WBO-Titel im Mini-Fliegengewicht zu gewinnen. Tanaka hält den japanischen Rekord für den Gewinn eines Weltmeistertitels in den wenigsten Kämpfen (fünf) und übertrifft damit den bisherigen Rekord von Naoya Inoue von sechs Kämpfen. Tanakas einzige Titelverteidigung im Mini-Fliegengewicht kam gegen Vic Saludar, den er in Runde sechs nach einem linken Haken am Körper ausschaltete. Saludar schlug Tanaka in Runde sechs nieder und lag vor der Unterbrechung auf allen Scorecards vorne.
Junior-Fliegengewichtbearbeiten
Im Dezember 2016 forderte Tanaka den ehemaligen Mini-Fliegengewichts-Titelträger Moisés Fuentes für den WBO Junior-Fliegengewichts-Titel heraus. Tanaka dominierte Fuentes und ließ ihn in Runde fünf fallen, bevor Schiedsrichter Raul Caiz Jr. den Kampf stoppte und Tanaka einen TKO-Sieg bescherte. Mit dem Sieg wurde Tanaka in nur acht Kämpfen Weltmeister im Zweigewicht. Tanakas erste Verteidigung kam gegen Aussicht Ángel Acosta. Ersteres gewann eine breite einstimmige Entscheidung (UD) (117-110, 117-110, 116-111) und ließ Acosta einmal fallen. Acosta hatte alle 16 seiner vorherigen Kämpfe durch KO gewonnen.
Tanakas zweite Verteidigung fand im September 2017 gegen den wenig bekannten Kämpfer Palangpol CP Freshmart statt. Tanaka war ein großer Favorit in den Kampf, aber Palangpol würde sich als Tanakas bisher härtester Herausforderer erweisen, den Titelverteidiger einmal in der ersten Runde fallen lassen und für den Rest des Kampfes Hin- und Herkombinationen tauschen. Nach einem spannenden Kampf würde Tanaka in Runde neun endlich die Oberhand gewinnen, als er Palangpol niederschlug und weiterhin große Kombinationen landete, während der Herausforderer darum kämpfte, sich zu verbinden. Schließlich trat der Schiedsrichter ein und stoppte den Kampf um 1:52 Uhr in Runde neun.
Tanaka hatte zuvor im Dezember einen Vereinigungskampf gegen WBA-Titelverteidiger Ryoichi Taguchi angestrebt, aber Verletzungen während des Kampfes gegen Palangpol würden ihn daran hindern, an diesem Tag zu kämpfen.
Fliegengewichtbearbeiten
Im Dezember 2017 gab Tanaka seinen Titel im Junioren-Fliegengewicht auf, um in die Fliegengewichtsabteilung zu wechseln. Im September 2018 besiegte Tanaka Sho Kimura, um den WBO-Titel im Fliegengewicht zu gewinnen, und erreichte damit den Rekord von Vasyl Lomachenko, in nur 12 Kämpfen Weltmeister im Dreigewicht zu werden.
Im März 2019 kämpfte Tanaka gegen den ehemaligen WBA-, IBF-, Lineal- und Ring-Junioren-Fliegengewichts-Champion und inländischen Rivalen Ryoichi Taguchi um die erste Verteidigung seines WBO-Fliegengewichts-Titels in einem einseitigen Kampf, der von den Zuschauern als „actionreich“ beschrieben wurde. Nach dem Kampf bedauerte Tanaka, dass er keinen Knockout geliefert hatte.
Im August 2019 kämpfte Tanaka gegen Jonathon Gonzalez, nachdem er vor der siebten Runde alle drei Richterscorecards verloren hatte.
Am Silvesterabend 2019 kämpfte Tanaka gegen Wulan Tuolehazi, Tanaka lieferte nach einem einseitigen Kampf einen brutalen KO in der dritten Runde ab, um seinen WBO-Titel im Fliegengewicht zum dritten Mal zu verteidigen. Kurz nach dem Kampf räumte er seinen WBO-Fliegengewichtstitel und gab bekannt, dass er Kazuto Ioka um seinen WBO-Superfliegengewichtstitel kämpfen wollte.
Super-Fliegengewichtbearbeiten
Kosei Tanaka soll am Silvesterabend 2020 gegen den WBO-Super-Fliegengewichts-Champion Kazuto Ioka kämpfen, um in den wenigsten Kämpfen einen großen Titel in vier Divisionen zu gewinnen. Er wird auch der zweite japanische Meister, der einen großen Titel in vier Divisionen gewinnt, wenn er siegreich ist, der erste ist sein Gegner, Kazuto Ioka.
