Khi Lee Je-hoon nhận ra mình muốn theo nghiệp diễn xuất, anh đã từ bỏ ngành Công nghệ sinh học tại Đại học Korea để học tại Đại học Nghệ thuật Quốc gia Seoul.[1] Từ năm 2006 đến năm 2010, Lee Je-hoon đóng hơn 18 vai học sinh trong các phim ngắn và phim indie, đáng chú ý là Just Friends? - một bộ phim đề tài đồng tính của đạo diễn Kim Jo Gwang-soo[2] và các vai phụ trong các phim điện ảnh như: The Servant, Finding Mr. Destiny[3]

Đến năm 2011 - là một năm đột phá của Lee Je-hoon, diễn xuất của anh được đánh giá cao trong Bleak Night với những chuyển biến tâm lý phức tạp của một nam sinh trung học[4][5][6] và đại úy Shin sống bằng morphine sau sang chấn tâm lý của chiến tranh trong The Front Line.[7][8][9]

Năm 2012, Lee Je-hoon được biết đến rộng rãi qua vai diễn sinh viên nhút nhát với tình đầu của mình trong Architecture 101 - một bộ phim điện ảnh vô cùng thành công về doanh thu.[3][10] Anh cũng rất thành công ở mảng phim truyền hình khi trong vai chaebol nỗ lực vực dậy nền công nghiệp thời trang của Hàn Quốc trong Fashion King.[11]

Năm 2013, phim điện ảnh My Paparotti ra mắt là sự hợp tác của Lee Je-hoon với diễn viên kì cựu Han Suk-kyu, anh trong vai một học sinh cấp 3 làm việc cho băng đảng xã hội đen có niềm đam mê opera với ước mơ sẽ trở thành nghệ sĩ hát opera như Luciano Pavarotti.[12]

Sau khi hoàn thành quá trình quay Ghost Sweepers và lồng tiếng cho nhân vật Jack Frost trong phiên bản Rise of the Guardians Hàn Quốc,[13][14] Lee Je-hoon thực hiện nghĩa vụ quân sự vào ngày 25/10/2012 phục vụ cho Cơ quan Cảnh sát thành phố Seoul.[15][16][17] Anh xuất ngũ vào ngày 24/7/2014.[18][19]

Lee Je-hoon bắt đầu trở lại sau 2 năm bằng phim truyền hình Secret Door - bộ phim tái diễn lịch sử chính trị gây ra nhiều tranh cãi về cái chết của Thái tử SaDo, là lần hợp tác thứ hai của anh với diễn viên Han Suk-kyu.[20]

Sau phim truyền hình Signal gây sốt tại Hàn Quốc đầu năm 2016, Lee Je-hoon cũng sẽ tái xuất màn ảnh rộng qua Phantom Dectective với vai thám tử Hong Gil-dong.[21]

Năm 2017, Lee Je-hoon đóng vai chính trong bộ phim truyền hình lãng mạn Tomorrow With You cùng với Shin Min-ah, trong vai CEO của một công ty bất động sản có khả năng du hành qua thời gian. Sau đó, anh đóng vai chính trong bộ phim điện ảnh Anarchist from Colony do Lee Joon-ik làm đạo diễn, trong vai Park Yeol - một nhà yêu nước sống dưới thời khi Hàn Quốc còn là thuộc địa của Nhật Bản. Cùng năm đó, anh đóng vai chính trong bộ phim điện ảnh I Can Speak, một công chức cũng như là một người dạy tiếng anh.

Năm 2018, Lee Je-hoon sẽ tham gia bộ phim điện ảnh Hunting Time của đạo diễn Yoon Sung-hyun