Lee Do-hyun ra mắt vào năm 2017 trong bộ phim hài đen mang tên Prison Playbook, thủ vai nhân vật Jung Kyung-ho lúc nhỏ.[1]

Vào năm 2018, Dohyun được thủ vai thành viên của câu lạc bộ đua thuyền - bạn thân của nhân vật nam chính, trong bộ phim truyền hình lãng mạn Still 17.[2] Với sự diễn xuất này, anh đã được đề cử hạng mục "Nhân vật của năm" tại Giải thưởng phim truyền hình SBS 2018 cùng với Ahn Hyo-seop và Jo Hyun-sik. Ba diễn viên này đã trình diễn ca khúc One Candle của g.o.d tại lễ trao giải.[3] Cùng năm đó, Dohyun xuất hiện trong phim Clean with Passion for Now, với vai anh trai của nữ chính và là một vận động viên Taekwondo triển vọng.[4]

Vào năm 2019, Dohyun tham gia vào bộ phim truyền hình Hotel del Luna nắm giữ tỉ suất người xem cao nhất trên sóng truyền hình cáp.[5] Anh còn xuất hiện đặc biệt trong phim The Great Show của đài tvN.[6] Dohyun đóng vai chính trong Scouting Report, bộ phim thứ năm trong mùa thứ 10 của KBS Drama Special, giúp anh chiến thắng giải "Diễn viên xuất sắc trong một bộ phim ngắn/đặc biệt" tại KBS Drama Awards lần thứ 33.[7][8]

Vào năm 2020, Do-hyun đóng vai chính trong bộ phim hài lãng mạn 18 Again, dựa trên bộ phim Mỹ 17 Again, bản sao của Zac Efron[9] và tạo được tiếng vang lớn với diễn xuất của mình. Cuối năm 2020, anh vào vai Lee Eun-hyuk trong bộ phim kinh dị Sweet Home của Netflix, chuyển thể từ webtoon cùng tên[10] bộ phim nhận được sự chú ý lớn với mức đầu tư lên đến 56 tỷ đồng một tập.