2005 đến nay: Super Junior

Kim Ryeowook là người cuối cùng gia nhập Super Junior trước Kyuhyun, anh được chỉ định thay thế một thành viên khác chỉ vài tuần trước khi chính thức ra mắt thế hệ đầu của Super Junior - Super Junior 05. Vào ngày 6 tháng 11 năm 2005, Kim Ryeowook đã ra mắt cùng với 11 thành viên khác trong Super Junior 05 trên chương trình ca nhạc Popular Songs (인기가요) của đài SBS với phần biểu diễn đĩa đơn đầu tiên "TWINS (Knock Out)". Nhóm đã phát hành toàn bộ album 1 tháng sau, và album ra mắt này đã xếp vị trí #3 trên bảng xếp hạng album hàng tháng MIAK K-pop.[2] Sau khi ra mắt đĩa đơn thứ 2 "Miracle", công ty đã định chiêu mộ các thành viên mới cho thế hệ thứ hai của Super Junior - Super Junior 06, và vẫn có Ryeowook như 1 thành viên chưa tốt nghiệp của Super Junior. Tuy nhiên, kế hoạch đã thay đổi khi công ty thêm vào nhóm thành viên thứ 13 Kyuhyun, và khẳng định rằng những thế hệ Super Junior tương lai chỉ là lời đồn. Nhóm đã bỏ từ cuối "05" và chính thức trở thành Super Junior. Nhóm mới đã đạt được thành công vang dội sau khi ra mắt đĩa đơn đầu tiên "U" vào mùa hè năm 2006, bản thu đạt #1 đầu tiên của họ. Ngày 20 tháng 9 năm 2007, nhóm phát hành album thứ hai - Don't Don, trở thành album bán chạy thứ hai ở Hàn Quốc trong năm với 164 058 bản.[3]

Ngày 12 tháng 3 năm 2009, album thứ ba của nhóm - Sorry, Sorry ra mắt, trở thành album tiếng Triều Tiên bán chạy nhất tại Hàn Quốc, Đài Loan, Thái Lan, Trung Quốc và Phillippin với tổng số 260 000 bản được bán ra. Trong album này, Kim Ryeowook không chỉ tham gia với tư cách là một giọng ca chính của nhóm nữa, mà còn là một nhạc sĩ với tác phẩm "Love you more" mà anh đã cùng sáng tác với Sungmin- một thành viên khác của nhóm.

Cuối năm 2006, Kim Ryeowook trở thành thành viên của nhóm con đầu tiên, Super Junior KRY. Phân nhóm này ra mắt ngày 5 tháng 11 năm 2006 trên chương trình Music Bank của đài KBS. Đến đầu năm 2008, Ryeowook lại được sắp xếp vào một phân nhóm mới, Super Junior-M, chuyên hát những bài hát tiếng Quan Thoại, gồm cả những bài hát chuyển thể từ tiếng Hàn sang tiếng Trung của Super Junior, đưa ảnh hưởng của K-pop tới ngành công nghiệp âm nhạc Trung Quốc. Nhóm con gồm 7 thành viên này đã ra mắt tại Trung Quốc ngày 8 tháng 4 năm 2008 trong Annual Music Chart Awards lần thứ 8 với single U. Ngày 2 tháng 5 năm 2008, Super Junior -M đã phát hành album tiếng Trung đầu tiên, Me. Đến tháng 9 năm 2009, phân nhóm này đã cho ra mini album đầu tiên có tựa đề "Super Girl" gồm 5 bài với 2 music video là Super girl (ra ngày 14 tháng 9 năm 2009) và Blue tomorrow (ra ngày 7 tháng 11 năm 2009).

Ryeowook cũng hợp tác với K.Will trong bài hát "Teardrops".[4] Ryeowook là thành viên đầu tiên của Super Junior có bài hát solo trong album thứ tư của nhóm là Bonamana với bài One Fine Spring Day.