Năm 2012, Jaehyun trở thành thực tập sinh của SM Entertainment sau khi được tuyển chọn khi đang học cấp hai. Anh được giới thiệu với công chúng với tư cách là thành viên của SM Rookies, một nhóm các thực tập sinh của SM Entertainment vào tháng 12 năm 2013.[2] Năm 2014, Jaehyun cùng các thành viên khác của SM Rookies xuất hiện trên chương trình truyền hình thực tế EXO 90:2014 của EXO.[3] Năm 2015, Jaehyun và Doyoung, một thành viên khác của SM Rookies, bắt đầu dẫn chương trình cho Show Champion, chương trình âm nhạc hàng tuần của đài MBC.[4] Anh cũng xuất hiện trên chương trình The Mickey Mouse Club của kênh Disney Channel Hàn Quốc.[5]

Tháng 4 năm 2016, Jaehyun ra mắt với tư cách thành viên của NCT cũng như nhóm nhỏ đầu tiên của nhóm NCT U. Cũng trong tháng 4, Jaehyun cùng hai thành viên khác của NCT là Taeil và Doyoung phát hành đĩa đơn nhạc số "Without You".[6] Tháng 7 năm 2016, Jaehyun trở thành thành viên nhóm nhỏ thứ hai của NCT, NCT 127. Anh đã tham gia viết lời cho đĩa đơn đầu tay của nhóm, "Fire Truck".[7]

Tháng 3 năm 2017, Jaehyun và thành viên cùng nhóm Johnny bắt đầu dẫn chương trình cho NCT's Night Night, chương trình phát thanh mới của Power FM.[8] Tháng 11 năm 2017, Jaehyun phát hành bài hát solo "Try Again", một bản pop ballad với sự góp mặt của ca sĩ-nhạc sĩ d.ear, thông qua dự án âm nhạc SM Station của SM Entertainment.[9] Cũng trong tháng 11, Jaehyun xuất hiện trong video âm nhạc cho bài hát "The Little Match Girl" của Wendy và Baek A Yeon.[10]

Tháng 1 năm 2018, Jaehyun, Doyoung và Taeil phát hành bài hát "Timeless" thuộc dự án SM Station.[11] Tháng 9 năm 2018, Jaehyun và Taeil phát hành bài hát nhạc phim "New Dream" cho web drama Dokgo Rewind.[12]

Tháng 8 năm 2019, Jaehyun và Doyoung phát hành bài hát nhạc phim "New Love" cho web drama Best Mistake.[13] Tháng 10 năm 2019, Jaehyun bắt đầu dẫn chương trình cho Inkigayo, chương trình âm nhạc hàng tuần của đài SBS, bên cạnh thành viên nhóm Monsta X Minhyuk và thành viên nhóm April Naeun.[14] Tháng 12 năm 2019, Jaehyun, Taeil, Doyoung và Haechan phát hành bản ballad "Coming Home" thông qua dự án "STATION X 4 LOVEs for Winter (2019 SMTOWN Winter)".[15]

Tháng 8 năm 2020, Jaehyun được thông báo là sẽ thủ vai nam chính Cha Min-ho trong bộ phim truyền hình Dear.M của đài KBS 2TV, dự kiến phát sóng vào đầu năm 2021.