2000年，李素妍通过KBS2《dramacity》登台，并出演了KTF同WHITE的广告。
2003年，李素妍与裴勇俊、全度妍、李美淑等主演情色电影《
丑闻》出道，饰演小玉。
2004年，李素妍与张铉诚、赵成夏等主演了电影《
羽毛》（又名《风之羽》）。
2005年，李素妍参演由高贤廷、池珍熙、赵寅成、申冲植等主演的时装电视剧《春日》，饰演金庆雅；接着与韩佳人、文政赫、吴志浩等主演了青春浪漫喜剧《
新进社员》，饰演徐娴雅。
2006年，李素妍与韩孝珠、徐道营、丹尼尔等主演了KBS电视剧《春天华尔兹》，饰演怡娜；之后又参演了由徐伶和、赵熙奉、金东英等主演的剧情片《阳光的一天》。
2007年，李素妍与车太贤、林彩武等主演了喜剧电影《
蒙面达虎》，饰演想成为Trot歌手的女孩；10月26日，李素妍以《我的完美生活》获得第十六届中国金鸡百花电影节观众最喜爱的外国女演员奖。
2008年，李素妍与金智勋、金承秀等主演爱情喜剧片《为什么来我家》，饰韩美秀；又与文素利、申成禄、李泰林等主演了《我人生的黄金期》，饰演自幼随母亲改嫁的李金；12月30日，李素妍凭《我人生的黄金期》获MBC演技大赏新人女演员奖。
2009年，李素妍与金泰贤、裴秀彬、韩振熙、车和娟等主演《妻子的诱惑》反转版《天使的诱惑》，饰演背叛的妻子；12月31日，李素妍凭《天使的诱惑》获SBS演技大奖新星奖。
2010年，李素妍与韩孝珠、池珍熙、裴秀彬、朴河宣、郑镇荣等主演古装剧《同伊》，饰演张禧嫔（张玉贞）。12月30日，李素妍因《同伊》获2010年度MBC演技大奖优秀女演员奖。
2011年，李素妍与温朱万、李载允和全慧彬主演了SBS周末剧《我的爱在我身边》，饰演道美索；12月31日，李素妍凭《我的爱在身边》获2011SBS演技大奖优秀表演奖。
2012年，李素妍参演了由宋承宪、金在中、李凡秀、朴敏英等主演的MBC周末剧《
仁医》（又名《Dr.JIN》），饰演朝鲜时代红极一时的名妓春红；随后，李素妍与李奎汉联袂主演了SBS剧《家族的诞生》，饰演李秀晶。
2013年12月29日，李素妍凭《我们结婚了》获2013MBC演艺大赏ShowVariety女子优秀奖；12月31日，因《红宝石戒指》获2013KBS演技大赏日日剧部门优秀演技奖。
2014年，李素妍与南宫民、李源根、尹素熙、朴海美等主演了JTBC电视台新周末剧《山蒜酱汤：12年后的重逢》，饰演张达莱。
