Kana Hanazawa debütierte im April 2012 als Solosängerin mit der Single Hoshizora Destination unter dem Label Aniplex, nachdem sie sich bereits als prominente Synchronsprecherin etabliert hatte. Ihre Musikkarriere ist eng mit ihren Charakterliedern verbunden, am bekanntesten ist Renai Circulation, das 2009 als Eröffnungsthema für Episode 10 von Bakemonogatari verwendet wurde. Dieses Lied, komponiert von Satoru Kosaki mit Texten von Meg Rock, wurde zu einem prägenden Hit für sie und führte zu einer erhöhten Nachfrage nach ihren Charakterliedern und schließlich zu einer Solokarriere.

Hanazawas Solo-Diskografie umfasst mehrere Singles und Studioalben. Auf ihre Debütsingle Hoshizora Destination folgten Hatsukoi no Oto, Happy Endings, das als Abspannlied für den Anime Zetsuen no Tempest diente, und Silent Snow. Ihr erstes Album Claire wurde im Februar 2013 veröffentlicht, und sie gab im selben Jahr ihre ersten Solokonzerte in der NHK Osaka Hall und der Shibuya Public Hall. Weitere Alben sind 25, Blue Avenue, Opportunity, Kokobase und andere. 2015 hielt sie ein Konzert im Nippon Budokan und wurde damit eine der wenigen Synchronsprecherinnen, die dort ein Solokonzert gaben. Sie hat sich durchgängig in den Oricon-Top-Ten platziert und landesweite Tourneen unternommen.

Neben ihrer Solokarriere hat Hanazawa an Musikgruppen im Zusammenhang mit Anime-Projekten teilgenommen. Sie war Mitglied der Einheit RO-KYU-BU! für den Anime Ro-Kyu-Bu! und später von Nakanoke no Itsutsugo, der gruppeninternen Gruppe für The Quintessential Quintuplets. Ihre Musik zeichnet sich durch einen hellen, klaren Gesangston aus, der oft als engelhaft beschrieben wird, und sie verwendet häufig eine Mischung aus Pop, leichtem Rap und melodischer Phrasierung. Sie hat mehrfach mit Komponisten wie Satoru Kosaki und Texterin Meg Rock zusammengearbeitet.

Ihre Bedeutung in der Branche wird durch die globale Reichweite von Renai Circulation unterstrichen, das auf Plattformen wie TikTok zu einem viralen Phänomen wurde und unzählige Cover und Tanzversionen inspirierte. Das Lied gewann den Character Song Award beim Heisei Anisong Grand Prix für das Jahrzehnt 2000–2009. Der Titel führte auch dazu, dass sie bei internationalen Veranstaltungen in China auftrat, darunter das BTV New Year's Eve Festival. Hanazawa wechselte 2017 von Aniplex zu SACRA MUSIC und 2021 zu Pony Canyon. Sie hat weiterhin neue Musik veröffentlicht und Live-Auftritte absolviert, darunter Zepp-Tourneen im Jahr 2024. Ihre musikalische Identität ist in ihren Anime-Charakterrollen verwurzelt, aber sie hat sich eine eigenständige Karriere als Aufnahmekünstlerin und Live-Darstellerin aufgebaut.