Pada tahun 2001, dia memulai debutnya di musikal The Rocky Horror Show. Selama bertahun-tahun hanya mendapat tempat sebagai pemeran pendukung, dia mulai mencuri perhatian berkat perannya dalam drama romantis "Coffee Prince" pada 2007 serta peran sebagai seorang dokter yang jujur dalam serial drama medis 'Behind the White Tower' di tahun yang sama.
Pada 2010, dia memenangkan penghargaan Aktor Terbaik di Festival Film Internasional Las Palmas de Gran Canaria yang diadakan di Spanyol.
Puncaknya, dia menerima pujian ketika tampil di film Helpless (2012), All About My Wife (2012), hingga A Hard Day (2014).
Karier Lee Sun Kyun mulai terkenal di dunia berkat membintangi film Parasite (2019). Dia berperan sebagai Dong Ik, yakni pria kaya raya. Berkat aktingnya di film tersebut, dia meraih Piala Oscar dan menjadi film berbahasa non-Inggris pertama yang memperoleh penghargaan Film Terbaik.