渡邉このみさんのキャリアを語る上で欠かせないのが、2011年に公開された映画『八日目の蝉』での鮮烈な映画デビューです。永作博美さん演じる誘拐犯に育てられる幼少期の薫（野々宮薫平）役を務め、当時わずか4歳とは思えない自然体かつ胸を打つ演技を披露しました。
この演技が高く評価され、2012年の第35回日本アカデミー賞新人俳優賞を史上最年少（当時5歳）で受賞するという快挙を成し遂げます。授賞式の壇上で小さな身体いっぱいに喜びを表現した姿は、日本中の映画ファンに強い印象を残しました。
その後もNHK連続テレビ小説『まれ』（2015年）では土屋太鳳さん演じるヒロイン・津村まれの幼少期、『べっぴんさん』（2016年）では芳根京子さん演じるヒロイン・坂東すみれの幼少期を好演。朝ドラヒロインの幼少期を2度にわたって演じるという、子役としてトップクラスの実績を築き上げました。
