Sung-kyung bước chân vào ngành giải trí bằng nghề người mẫu, cô tham gia vào một cuộc thi người mẫu ở địa phương vào năm 2008, cô đứng thứ 11, giành giải Lex Prize và tham gia cuộc thi Siêu mẫu châu Á Thái Bình Dương năm 2009, đứng thứ 5 và thắng giải Unix Hair New Style Prize.[3][4][5][6] Năm 2014, Lee Sung-kyung bắt đầu sự nghiệp diễn xuất bằng một vai phụ trong bộ phim "It's Okay, That's Love", trở thành một nữ diễn viên kiêm người mẫu đầu tiên hoạt động dưới tướng YG Entertainment và YGKPlus.[7][8][9] Năm 2015 và 2016, cô tiếp tục tham gia một số bộ phim như "Queen's Flower", "Cheese in the Trap" và "Doctors".[10][11][12][13] Cũng trong năm 2016, cô đảm nhận vai chính đầu tiên trong "Tiên nữ cử tạ Kim Bok-joo", một bộ phim thể thao dành cho giới trẻ lấy cảm hứng từ câu chuyện đời thực của nữ vận động viên huy chương vàng Olympic Jang Mi-ran.[14][15][16] Bộ phim đã mang đến cho cô giải thưởng nữ diễn viên xuất sắc ở hạng mục Miniseries tại lễ trao giải MBC Drama Award lần thứ 35.[17]

Năm 2017, Lee Sung-kyung tham gia lồng tiếng cho bộ phim "Quỷ lùn tinh nghịch" cùng với Park Hyung-sik.[18] Cùng năm đó, Lee Sung-kyung cũng tiếp tục tham gia bộ phim điện ảnh "Love+Sling"[19] và tham gia góp giọng trong album "4X2=8" của Psy với ca khúc "Last Scene" phát hành vào ngày 10 tháng 5 năm 2017.[20]

Năm 2018, Lee Sung-kyung đóng vai chính trong bộ phim truyền hình giả tưởng, lãng mạn "About time". Trong phim cô đảm nhận vai diễn Choi Michaela, một nữ diễn viên nhạc kịch có khả năng đặc biệt đó là nhìn thấy tuổi thọ của bất cứ ai.[21][22] Sau đó cô cũng tiếp tục tham gia bộ phim hài hành động "Miss & Mrs. Cops" ra rạp vào ngày 9 tháng 5 năm 2019 cùng với Ra Mi-ran.[23][24]

Vào tháng 3 năm 2019, cô là người mẫu nữ duy nhất được trình diễn trong Beyond Closet's Show tại "Tuần lễ thời trang Seoul F/W 2019".

Năm 2020, Lee Sung-kyung đảm nhận vai chính trong bộ phim truyền hình tâm lý, tình cảm, y khoa đình đám "Dr. Romance 2". Trong phim cô vào vai Cha Eun-jae, một bác sĩ phẫu thuật tim năm 2, là người có niềm đam mê với việc học hành và luôn tự tin bước trên con đường là một sinh viên ưu tú. Tuy nhiên do chứng sợ phòng phẫu thuật khiến cô bị đình chỉ và bị thuyên chuyển đến bệnh viện Doldam, tại đây cô phải làm việc cho Dr. Kim trước khi có thể quay lại bệnh viện chính.[25][26]

Dù có các hoạt động diễn xuất, Lee Sung-kyung vẫn xuất hiện trong các buổi lễ thời trang, đóng nhiều quảng cáo[27][28][29] và tham gia các chương trình truyền hình thực tế.[30][31]