En 2005-2006, le club effectue la meilleure saison de son histoire. Osasuna termine à la 4e place du championnat et se qualifie ainsi pour le troisième tour préliminaire de la Ligue des champions.
Osasuna est alors éliminé sans perdre contre Hambourg (0-0, 1-1) et est reversé en coupe UEFA. Après avoir battu Parme (qui était alors déjà assuré de sa première place) en phase de groupe, les Navarrais éliminent Bordeaux, les Rangers et Leverkusen avant de tomber en demi-finales (1-0, 0-2) face au Séville FC, futur vainqueur de l'épreuve. Cette épopée constitue le meilleur parcours européen du club.
À l'issue de la saison 2013-2014 terminée en 18e position, Osasuna est relégué en deuxième division après 14 années de présence au plus haut niveau[3].
Le , Osasuna entraîné par Enrique Martín Monreal remonte en première division en battant le Gérone FC lors du play-off de promotion. Le club ne reste qu'une saison en D1 avant d'être relégué en . Le club entraîné par Jagoba Arrasate remonte en D1 en mai 2019 en remportant le championnat.
Le 4 juin 2023, après un court succès face à Gérone (2-1), Osasuna se qualifie en Ligue Europe Conférence, et signe donc son retour sur la scène continentale 16 ans après sa dernière qualification en Coupe UEFA[4]. Néanmoins le 23 juin 2023, le club annonce qu'il est exclu par la Commission de contrôle, d'éthique et de discipline de l'UEFA à la suite d'une affaire datant de la saison 2013-2014[5]. Cette décision est révoquée par le Tribunal arbitral du sport le 25 juillet 2023[6].
Le premier tableau liste l'effectif professionnel du CA Osasuna pour la saison 2024-2025. Le second recense les prêts effectués par le club lors de cette même saison.
Effectif professionnel du CA Osasuna de la saison 2024-2025
En grisé, les sélections de joueurs internationaux chez les jeunes mais n'ayant jamais été appelés aux échelons supérieurs une fois l'âge-limite dépassé ou les joueurs ayant pris leur retraite internationale.
↑Seule la nationalité sportive est indiquée. Un joueur peut avoir plusieurs nationalités mais n'a le droit de jouer que pour une seule sélection nationale.
↑Seule la sélection la plus importante est indiquée.