Lee Kwang-soo bắt đầu sự nghiệp giải trí với tư cách là một người mẫu vào năm 2007. Anh xuất hiện lần đầu tiên trong bộ phim sitcom Ông ấy đến rồi năm 2008, sau đó là Gia đình là số một (phần 2).[2][3]

Sự nổi tiếng của Lee Kwang-soo tăng lên sau khi tham gia chương trình tạp kỹ thực tế Good Sunday của SBS, Running Man, có được biệt danh "Hoàng tử châu Á" nhờ số lượng lớn của người hâm mộ ở nước ngoài.[4][5] Trong năm 2010 và 2011, Lee Kwang-soo đã giành được các giải thưởng liên tiếp tại SBS Entertainment Awards cho "New Star Award" và "Best Newcomer in Variety".[6]

Năm 2012, Lee Kwang-soo đóng vai phụ trong các bộ phim hài lãng mạn Wonderful Radio và All About My Wife,[7] và phim kinh dị The Scent.[8][9] Cuối năm đó, anh tái hợp trên màn ảnh với thành viênn cũ Running Man và bạn thân ngoài đời thực Song Joong-ki trong bộ phim truyền hình Chàng trai tốt bụng.[10]

Năm 2013, sau một vai phụ khác trong A Wonderful Moment,[11] Lee Kwang-soo lồng tiếng cho nhân vật chính Marco trong bộ phim hoạt hình Maritime Police Marco, cùng với thành viên của Running Man, Song Ji-hyo, người lồng tiếng cho Lulu.[12][13]

Lee Kwang-soo đã công khai tuyên bố rằng anh muốn đóng vai một nhân vật phản diện trong phim truyền hình hoặc phim điện ảnh, và anh đã có được ước muốn của mình khi được chọn vào vai Hoàng tử ImHae (anh trai phản diện với Vua GwangHae) trong bộ phim truyền hình Nữ thần lửa.[14][15] Trong khi quay Nữ thần lửa, anh đã tham gia vào một chiến dịch bảo tồn năng lượng cùng với nữ diễn viên nhí Kim Yoo-bin.[16]

Vào ngày 17 tháng 8 năm 2013, Lee Kwang-soo đã tổ chức cuộc họp fan hâm mộ riêng đầu tiên trong sự nghiệp tại Singapore. Tham dự bởi 2.000 người hâm mộ, nó được coi là một thành công.[17] Anh ấy đã tổ chức một buổi khác tại Malaysia vào ngày 4 tháng 1 năm 2014, với sự tham gia của gần 3.000 người hâm mộ.[18]

INăm 2014, Lee Kwang-soo đóng vai chính đầu tiên trên màn ảnh rộng trong Confession. Bộ phim neo-noir kể về ba người bạn (do Ji Sung, Joo Ji-hoon, và Lee Kwang-soo thủ vai) có tình bạn bị phá hủy sau khi dính vào một vụ án giết người.[19][20][21] Sau đó, anh trở lại truyền hình với bộ phim tình cảm y khoa Chỉ có thể là yêu, vào vai một bệnh nhân mắc hội chứng Tourette, một chứng rối loạn thần kinh đặc trưng bởi các cử động lặp đi lặp lại, rập khuôn, không tự nguyện và được gọi là tics. Lee Kwang-soo và Hwang Chan-sung (2PM) sau đó đóng vai chính trong bộ phim Gia đình lựu đạn, kể về năm anh em cãi nhau sống ở làng Deoksu.[22]

Vào năm 2015, Lee Kwang-soo đóng vai nhân vật chính trong Bạn trai tôi là người cá, người bị ảnh hưởng bởi tác dụng phụ từ một loại thuốc nghiện mới được giới thiệu.[23] Bạn trai tôi là người cá đã được trình chiếu trong phần Vanguard của Liên hoan phim quốc tế Toronto 2015, đánh dấu sự xuất hiện trên thảm đỏ đầu tiên của Lee Kwang-soo tại một liên hoan phim quốc tế.[24] Anh cũng tham gia bộ phim truyền hình dài hai tập Puck!, Trong đó anh vào vai một con cá mập cho vay tham gia một câu lạc bộ khúc côn cầu trên băng của trường đại học. Bộ phim được phát sóng vào ngày 1 tháng 1 năm 2016.[25] Cùng năm đó, anh được bổ nhiệm làm đại sứ của "Hội chợ Triển lãm Thương hiệu & Giải trí Hàn Quốc 2015" và nhận được sự khen ngợi từ bộ trưởng thương mại vì đã thúc đẩy ngành công nghiệp Hallyu.[26]

Năm 2016, Lee Kwang-soo đóng vai chính trong Đoàn tùy tùng của tvN, phiên bản làm lại của Hàn Quốc trong loạt phim Mỹ.[27] Sau đó, anh được chọn tham gia bộ phim sitcom Tiếng gọi con tim của KBS, dựa trên webtoon cùng tên.[28] Bộ phim truyền hình trên web là một thành công ở cả Hàn Quốc và Trung Quốc, đạt 100 triệu trên Sohu TV và đứng số 1 trong số các bộ phim truyền hình Hàn Quốc trên trang web.[29]

Vào tháng 9 năm 2017, nó đã được xác nhận rằng Lee sẽ là một thành viên cố định trong chương trình thực tế của Netflix, Busted!.[30]

Năm 2018, Lee đóng vai chính trong bộ phim hài tội phạm The Accidental Detective 2: In Action, phần tiếp theo của bộ phim năm 2015,[31] và bộ phim truyền hình Live của Noh Hee-kyung.[32] Cùng năm đó, anh được chọn tham gia bộ phim hài Thằng em lý tưởng và bộ phim cờ bạc Tazza 3.[33][34]