Song Chang-eui đã bắt đầu sự nghiệp diễn xuất của anh ấy trong 2002's Blue Saigon. Anh ấy được biết đến nhờ vai diễn người chơi nhạc rock chuyển giới trong vở diễn Hedwig and the Angry Inch, anh ấy cũng diễn trong vở kịch được dụng theo bộ phim Hollywood mang tên The Graduate, và trong vở nhạc kịch lãng mạn 200 Pounds Beauty với Bada, vở nhạc kịch dựa trên The Sorrows of Young Werther, vở nhạc kịch của Đức nổi tiếng Elisabeth cùng với Ock Joo-hyun, và Gwanghwamun Younga (younga là từ tiếng Hàn nghĩa là bản tình ca) tham gia vào bài hit của soạn giả Lee Young-hoon.

Sau khi tham gia diễn xuất một số vai nhỏ vào năm 2005, anh đã vụt sáng lên thành ngôi sao vào năm 2007 nhờ đóng phim Cô dâu vàng, một bộ phim truyền hình kể về một cuộc hôn nhân giữa một người đàn ông Hàn Quốc và cô gái Việt Nam (do diễn viên Lee Young-ah đóng). Anh tiếp tục đóng vai chính trong các bộ phim The Scales of Providence, Once Upon a Time in Seoul. Sau đó, là phim Boys Don't Cry ở Hàn Quốc, kể về hai người bạn mồ côi (do anh và Lee Wan đóng) dính vào xã hội đen để thoát khỏi cái nghèo. Anh đã phải giảm 7 kilograms (khoảng 15.4 pounds) để giữ vai diễn của mình.Vào năm 2009, anh được chọn để đóng vai Kwon Sang-woo trong Cinderella Man,  Prince and the Pauper một câu chuyện xoay quanh giới bán hàng thời trang, nhưng đáng tiếc bộ phim đạt tỉ lệ người xem thấp.

Vào năm 2010, biên kịch phim truyền hinh Kim Soo-hyun, đã viết kịch bản phim truyền hình cuối tuần Cuộc sống tuyệt vời, một bộ phim đã trở nên đáng nhớ và có thể gây tranh cãi vì miêu tả mối quan hệ tình yêu giữa hai người đàn ông đồng tính, đây là lần đầu tiên một bộ phim Hàn Quốc được chiếu rộng rãi vào khung giờ vàng làm điều này.[1][2][3] Bộ phim đạt tỉ lệ người xem trung bình là 20%, và anh đã nhận được nhiều lời khen ngợi từ hình ảnh một vị bác sĩ nội khoa dịu dàng, tốt bụng, người mà sau này sẽ công khai mình là gay và tình yêu với nhân vật đã ly hôn của Lee Sang-woo.[4][5][6]

Anh và Seo Ji-hye đóng vai một cặp vợ chồng trong vở nhạc kịch xưa mang tên A Lone Tree (tựa đề trong tiếng Hàn là Tree that Sleeps Standing nói về hình tượng một người khao khát được ở bên cạnh và giúp đỡ cho người mình yêu, sau đó anh có một vai diễn trong

A Reason to Live, một bộ phim chiêm niệm về sự đau khổ và sự tha thứ cùng với Song Hye-kyo.

Anh quay trở lại đóng phim truyền hình vào năm 2011 với phim Heartstrings (tên khác là You've Fallen for Me). Bộ phim được đồng sản xuất bởi Seoul Institute of the Arts, chỗ cho mượn khuôn viên nhà trường để diễn. Anh tốt nghiệp từ một đại học chyên về nghệ thuật, nên anh bảo rằng phòng học, thư viện, và không khí ở đây làm anh hoài niệm. Anh và bạn diễn Park Shin-hye trước đó đã từng làm việc cùng nhau, cùng lồng tiếng cho phim hoạt hình Green Days: Dinosaur and I.

Vào năm 2012, anh tham gia hai loạt phim: Syndrome, phim về đề tài y học, và phim lịch sử The Great Seer. Kim Soo-hyun vào năm 2013, lại chọn anh đóng phim Thrice Married Woman.

Vào năm 2014, anh đóng trong phim police procedural Dr. Frost, dựa trên truyện cùng tên ở trên mạng. Sau đó anh đóng vai một người cha góa vợ với một đứa con ngỗ nghịch trong phim Make a Woman Cry (năm 2015).