Tham gia Produce 101

Vào tháng 12 năm 2015, Sohye được công ty cho tham gia chương trình truyền hình thự tế sống còn Produce 101 của đài Mnet với tiêu chí lựa chọn ra 11 thành viên cho nhóm nhạc nữ quốc dân bao gồm 101 thực tập sinh đến từ nhiều công ty lớn nhỏ khác nhau. Sở dĩ gọi I.O.I là "nhóm nhạc nữ quốc dân" vì nhóm hoàn toàn được tạo ra bằng các nhà sản xuất quốc dân và được chọn ra nhờ sự bình chọn của mọi người.

Trong tập đầu tiên, Kim Sohye đã gây lên cuộc tranh cãi nổi lửa trên mạng xã hội khi biểu diễn ca khúc "Somehow" của DIA. Sohye hoàn toàn không biết hát và nhảy, do đó cô bị các huấn luyện viên cho vào nhóm F - nhóm những thực tập sinh có khả năng hát, nhảy và rap kém nhất (các thứ tự của các lớp bao gồm có A, B, C, D và F, trong đó, lớp A là lớp giỏi nhất còn lớp F là lớp kém nhất). Thậm chí, sau màn biểu diễn ca khúc "Somehow", Sohye không dám nhìn mặt của Heehyun (thành viên của DIA, Heehyun và Chaeyeon lúc đó đang tạm dừng hoạt động với nhóm để tham gia Produce 101). Khi được các huấn luyện viên hỏi rằng tại sao mình lại tham gia chương trình tuyển chọn nhóm nhạc nữ trong khi với vai trò là 1 thực tập sinh diễn viên, thì Sohye đã trả lời rằng cô muốn thử sức bản thân mình với ca hát và nhảy múa.

Trong tập 4, Sohye được Kim Sejeong chọn vào nhóm của mình (trong tập này, các thực tập sinh hạng A sẽ có quyền được lựa chọn các thành viên lớp B, C, D, F). Ban đầu, Sohye có hơi gặp vài trở ngại khi hát nhưng được Sejeong tận tình giúp đỡ. Nhưng khi biểu diễn ca khúc "Irony" của nhóm nhạc nữ nổi tiếng Wonder Girls, đến phần hát của mình thì Sohye lại nhầm lời, tuy nhiên cũng không gây ảnh hưởng nhóm.

Sang đến tập 5, sau vòng loại đầu tiên, Sohye được xếp vào top 11 và đứng thứ 11 khiến cư dân mạng tranh cãi nảy lửa, cho rằng Sohye "bất tài" mà vẫn lọt top. Các huấn luyện viên cũng cho rằng, Sohye được xếp vào những thứ hạng cao như vậy là chỉ do sự nổi tiếng của mình.

Tập 6, Sohye khiến mọi người sốc khi đứng vị trí thứ 7 chung cuộc.

Tuy nhiên sang đến tập 7, Sohye đã chứng minh được bản thân của mình qua ca khúc "Full Moon" của tiền bối Sunmi (Wonder Girls). Trong tập này được chia ra làm 3 chủ đề khác nhau: Vocal - Rap - Dance. Sohye đã chọn chủ đề "Dance" (nhảy) và tham gia vào bài Full Moon cùng với Pledis/Pinky và MBK/Chaeyeon. Sohye giành được nhiều lượt bình chọn nhất trong nhóm nhờ sự cố gẵng và tiến bộ của mình.

Trong tập 8, vị trí của Sohye đứng thứ 8.

Trong tập 10, Sohye chứng minh được sự cố gắng của mình khi đứng vị trí thứ 4. Vị trí của Sohye nhờ chiến thắng của nhóm theo phong cách "Girls On Top - In The Same Place" sẽ được cộng thêm 150 nghìn lượt bình chọn.

Ra mắt với I.O.I

Trong tập cuối của chương trình Produce 101, Kim Sohye đã chính thức trở thành thành viên thứ năm của I.O.I với tổng lượt bình chọn trong đêm chung kết là 229,732 lượt. Sohye sẽ ra mắt với vai trò hát phụ trong nhóm.

Tranh cãi

Tuy lọt vào top 11 và được debut với tư cách là thành viên thứ năm của I.O.I nhưng Sohye lại bị phần đông cư dân mạng phản đối, vì không có tài năng mà vẫn được debut.

Chuyển công ty quản lý

Trên trang cá nhân của YMC Entertainment và Mnet thông báo rằng Kim Sohye sẽ chính thức đổi từ công ty quản lý cũ của mình từ Redline Entertainment qua công ty mà Mnet và YMC mới thành lập riêng cho cô mang tên S&P Entertainment.