1996–2004: Nổi tiếng

Năm 1996, 14 tuổi, Song Hye-kyo đang là học sinh trung học cơ sở năm thứ ba, cô đã giành chiến thắng trong Cuộc thi SunKyung Smart Model, và cô đã xuất hiện trong ngành giải trí với vai trò người mẫu cho công ty đồng phục trường học. Điều này đã dẫn đến việc cô được đóng một vai nhỏ trong bộ phim truyền hình đầu tiên, Mối tình đầu. Cô tiếp tục xuất hiện trong một loạt các bộ phim truyền hình và sitcom, đặc biệt là bộ phim Soonpoong Clinic. Nhưng đến bộ phim truyền hình Trái tim mùa thu vào năm 2000 với Song Seung-heon và Won Bin, cô mới bắt đầu nổi tiếng ở Hàn Quốc và khắp châu Á. Bộ phim đạt được thành công nhất định, là tiên phong trong xu hướng âm nhạc Hàn Quốc cũng như Làn sóng Hàn Quốc và đưa Song Hye-kyo trở thành ngôi sao Hallyu.

Năm 2003, mức độ nổi tiếng của cô tiếp tục được gia tăng. Cô đóng vai chính cùng với Lee Byung-hun trong bộ phim truyền hình Một cho tất cả, thu hút một lượng người xem lớn trên toàn quốc. Bộ phim đạt được tỷ lệ người xem cao nhất lúc bấy giờ là 47,7%. Năm tiếp theo, cô đã tham gia cùng với ca sĩ Rain trong bộ phim hài Ngôi nhà hạnh phúc. Bộ phim đã đạt được thành công nhanh chóng và giúp Song Hye-kyo trở thành một trong những nữ diễn viên Hàn Quốc nổi tiếng nhất ở Châu Á.

2005–2012: Ra mắt phim điện ảnh và các dự án ở nước ngoài

Đầu năm 2005, Song Hye-kyo đến San Francisco để học tiếng Anh, sau đó đến Seattle. Cô dành thời gian cho bản thân lại sau khi hoàn thành bộ phim Ngôi nhà hạnh phúc. "Tôi đã có một khoảng thời gian nghỉ ngơi tốt, đó là cơ hội để tôi suy nghĩ về bản thân mình", - Song Hye-kyo. Cô trở lại Hàn Quốc vào ngày 5 tháng 3 năm 2005. Cùng năm, cô đã lần đầu xuất hiện trên màn ảnh rộng trong tác phẩm My Girl and I (làm lại từ bộ phim Crying Out Love) cùng với nam diễn viên Cha Tae-hyun. Cô chứng minh được bản thân khi đảm nhận nhiều vai trò khác nhau.

Cô trở lại màn ảnh rộng vào năm 2007, với một bộ phim chuyển thể Hwang Jin Yi. Mặc dù Jun Ji-hyun và Soo Ae là những lựa chọn ban đầu cho vai diễn này. Một năm sau, cô xuất hiện lần đầu ở Mỹ trong bộ phim Make Yourself at Home (tiêu đề cũ là Fetish), một bộ phim kinh dị tâm lý về cô gái được sinh ra từ một bà mẹ là người của giáo phái Saman, cô trốn tránh sức mạnh của một pháp sư trong mình bằng cách trở thành một cô dâu nhập cư ở Mỹ.

Cô tái xuất màn ảnh nhỏ vào cuối năm 2008 với Thế giới họ đang sống, một bộ phim được lấy bối cảnh tại một đài truyền hình, trong đó cô và Hyun Bin đóng vai những PD làm việc cùng nhau và yêu nhau.

Trong năm 2010, cô đóng vai chính trong Camellia, phim bao gồm ba bộ phim ngắn do các đạo diễn châu Á đạo diễn. Mỗi tập được đặt trong bối cảnh quá khứ, hiện tại và tương lai của thành phố Busan. Trong đoạn cuối cùng của bộ phim Love for Sale, Song Hye-kyo và Kang Dong-won là hai diễn viên chính.

Song Hye-kyo được coi là một trong những phụ nữ đẹp nhất Hàn Quốc

Vào đầu năm 2011, Song Hye-kyo đã phát hành sách ảnh Moment, Song Hye-kyo được chụp bởi những nhiếp ảnh gia hàng đầu ở nhiều quốc gia trên thế giới: Atlanta, New York, Buenos Aires, Patagonia, Paris, Hà Lan và Brazil. Lợi nhuận thu được từ việc bán sách ảnh đã được quyên góp cho của các trẻ em khó khăn.

Cùng năm, Song Hye-kyo đóng vai một nhà làm phim tài liệu trong Lẽ sống. Cô là một fan hâm mộ lớn của đạo diễn Lee Jeong-hyang, muốn tham gia diễn xuất trong bộ phim mặc dù cô đã gặp khó khăn để trở thành nhân vật mong muốn, Song Hye-kyo nói rằng cô yêu thích kịch bản và cảm thấy diễn xuất của mình đã trưởng thành. Cô coi bộ phim là "bước ngoặt" trong cuộc đời cô.

Năm 2011, cô trở thành nữ diễn viên châu Á đầu tiên ký hợp đồng với hãng Effigies của Pháp, mở đường cho việc cô có thể thâm nhập vào thị trường châu Âu.

Cô đã phát hành một quyển tự truyện ảnh mang tên It's Time for Hye-kyo vào năm 2012. Tác phẩm nhanh chóng lọt Top 10 cuốn sách bán chạy nhất Hàn Quốc sau ngày ra mắt chỉ hơn một tuần.

Song Hye-kyo đóng một vai phụ trong Nhất đại tông sư, bộ phim của đạo diễn Vương Gia Vệ về Lý Tiểu Long, lúc đó cô đã học được tiếng Quảng Đông.

2013–nay: Tiếp tục phát triển sự nghiệp

Song Hye-kyo hợp tác với biên kịch và đạo diễn của Thế giới ta đang sống trong tác phẩm Gió đông năm ấy (dựa theo bộ phim thực hiện vào năm 2003 Ai Nante Irane Yo, Natsu). Cô là một cô gái mắc phải chứng suy giảm thị lực, mắt cô gần như không thể thấy gì, trong phim cô diễn xuất cùng với Jo In-sung. Bộ phim lan tỏa sức hút lớn ra toàn châu Á. Song Hye-kyo đã đoạt giải Daesang tại Giải APAN lần thứ 2 nhờ vai diễn Oh Young.

Năm 2014, Song Hye-kyo tái hợp với Kang Dong-won trong Những tháng năm rực rỡ, một bộ phim chuyển thể của E J-yong từ cuốn tiểu thuyết bán chạy nhất của Aerial: My Palpitating Life.

Năm 2013, The crossing là bộ phim Trung Quốc thứ hai của cô được phát hành và được đạo diễn bởi John Woo.

Cô tiếp tục tham gia một bộ phim Trung Quốc khác vào năm 2015, Tôi là nữ vương, một bộ phim hài lãng mạn hiện đại về ba phụ nữ. Cùng tham gia với cô là Trần Kiều Ân và Y Năng Tịnh, dưới sự chỉ đạo của nữ diễn viên Y Năng Tịnh.

Năm 2016, Song Hye-kyo đóng vai chính trong bộ phim Hậu Duệ của Mặt Trời, bộ phim về chuyện tình giữa một Đại úy quân đội (do Song Joong-ki đóng) và một bác sĩ phẫu thuật (do Song Hye-kyo đóng) yêu nhau sau khi trải qua nhiều lần xông pha vào chốn hiểm nguy. Bộ phim cực kỳ thành công với tập cuối cùng đã thu được rating trên 38,8%, gây sốt trên đất nước Hàn Quốc, nhiều nước ở Châu Á và trên thế giới. Bộ phim đã giúp Hàn Quốc quảng bá nền văn hóa ra thế giới, Song Hye-kyo một lần nữa khẳng định vị trí ngôi sao Hallyu và thường xuyên đứng đầu các cuộc thăm dò dư luận ở châu Á trong năm 2016. Cuối năm, Song Hye-kyo đã đoạt giải Daesang, giải thưởng cao nhất tại KBS Drama Awards cùng với nam diễn viên Song Joong-ki.

Sau hai năm gián đoạn, cô trở lại màn ảnh nhỏ với bộ phim tình cảm lãng mạn Gặp gỡ của tvN cùng với Park Bo-gum.[11][12][13][14]