Yamada plante nach ihrem Abschluss an der Universität in der Filmindustrie zu arbeiten, verwarf diesen Plan jedoch als sie beim Animationsstudio Kyōto Animation anfing, nachdem sie eine Werbesequenz des Studios gesehen hatte.[2] Ihre erste Arbeit bei Kyōto Animation bestand im Tweening der Animeserie Inu Yasha.[2] Sie wurde später zur Schlüsselzeichnerin der auf dem Computerspiel Air basierenden gleichnamigen Anime-Adaptation befördert.[2]
Nachdem sie Regie an einer Episode der Animeserie Clannad geführt hatte, wurde sie gefragt, ihre erste Arbeit als Regisseurin einer kompletten Animeserie anzufertigen. Ihr Debüt als hauptverantwortliche Regisseurin gab Yamada für K-On!.[2] Diese war sehr erfolgreich, sodass eine zweite Staffel, sowie mehrere Kinofilme produziert wurden. Naoko Yamada führte 2013 Regie in der Animeumsetzung Tamako Market und dem dazugehörigen Spielfilm Tamako Love Story ein Jahr später. Für den Kinofilm, bei der sie sich zudem für das Storyboard verantwortlich zeigte und den Liedtext des Vorspannliedes Everybody Loves Somebody schrieb, wurde Yamada mit dem New Face Award auf dem Japan Media Arts Festival ausgezeichnet.[4][5]
