2002년, 영화 <성냥팔이 소녀의 재림>과 부지영 감독의 단편 영화 <눈물>을 통해 데뷔했다.

2004년, 영화 <늑대의 유혹>에 여주인공 정한경 역으로 강동원, 조한선과 함께 출연하였으며, 흥행에 성공하여 대중들에게 얼굴을 알렸다.

늑대의 유혹으로 큰 관심과 많은 작품 제의가 있었으나, 21살의 어린 나이에는 감당하기 어려워 1년간의 휴식기를 가졌다고 한다. 이후 영화, TV 드라마에서 로맨틱 코미디나 청춘 멜로물에 캔디형 캐릭터로 다수 출연하다가 2009년, KBS2 드라마 <그저 바라보다가>에서 황정민의 푼수데기 동생 구민지 역으로 출연하며 호평을 받았다.

2011년, tvN 드라마 <꽃미남 라면가게>로 로맨틱 코미디 장르에서 두각을 나타내며 연기력을 인정받았다. 이때 함께 출연했던 배우 이기우와 연인으로 발전하였고 2013년 공개 열애를 했으나 2019년 결별했다. 2015년, 영화 <연평해전>에서 김무열의 동료이자 358호정 정장 최윤정 대위 역할로 특별출연했다.

2016년, OCN 드라마 <뱀파이어 탐정>에서 처음으로 악역을 맡아 섹시한 뱀파이어 요나로 변신하였으며 MBC 드라마 <운빨로맨스>에서는 매력적인 커리어우먼 한설희로 분해 다양한 캐릭터 변화를 선보였다.

2017년, 장진 감독의 연극 <꽃의 비밀>과 영화 <해빙>에서 조진웅의 곁을 맴도는 수상한 간호조무사 미연 역을 잘 소화해 호평을 받았으며 tvN 드라마 <이번 생은 처음이라>에서 남주인공의 전 애인 고정민 역으로 특별출연하여 인생 캐릭터를 선보였다.

2018년, MBC every1 예능 <시골경찰> 시즌 3, 4를 통해 따뜻하고 똑 부러진 막내 순경의 모습을 보여주며 성공적 신고식을 마쳤다. 이후 아버지와 함께 tvN 예능 <아모르파티>에 출연하며 아버지가 원로 연극 배우 이승철임을 밝혔다.

2019년, Olive 예능 <모두의 주방>에서 강호동, 황광희, 당시 IZ*ONE으로 활동했던 미야와키 사쿠라와 함께 출연하여 좋은 모습을 보였다. 주방의 만능 언니라는 별명을 얻었다. 영화 <다시, 봄>에서 아이를 잃은 엄마 역을 맡아 연기력 호평을 받았지만, 관객수는 2만 5천에 그쳐 흥행에는 실패했다.

2019년, SBS 드라마 <VIP>에서 서브 여주인공 이현아역을 맡게 되는데 연기력과 외적인 면에서 호평을 받았다. 그 결과 2019년 SBS 연기대상에서 여자 조연상을 수상하였으며 인스타그램 팔로워와 좋아요 수가 크게 증가했다. 2020년, <안녕 드라큘라>의 이소정, <낮과 밤>의 제이미 레이튼 역을 맡으며 꾸준한 연기 활동을 이어갔다.

2022년, SBS 드라마 <천원짜리 변호사>에서 이주영역으로 분해 특별출연임에도 불구하고 깊은 여운을 주는 캐릭터로 큰 호평을 받았으며, 2022년 SBS 연기대상에서 베스트 퍼포먼스상을 수상하였다.

2023년, 넷플릭스 드라마 <셀러브리티>에 윤시현역으로 분해 우아함과 품격, 배경까지 모든 것을 지닌 인물을 외적인 모습부터 내면까지 폭넓게 그려내며 더욱 섬세하고 깊어진 연기력을 보여줬으며, 하반기 MBC 드라마 <연인>에 카리스마 넘치는 청나라 황녀 각화로 합류하며 집착과 소유욕에 가득 찬 악역 연기 또한 큰 호평을 받았다.