Trước khi trở thành một ngôi sao được nhiều người yêu mến như hiện nay thì Kim Woo Bin được biết đến là một nam người mẫu với khí chất lạnh lùng sở hữu chiều cao ấn tượng 1m88. White Christmas là bộ phim truyền hình đầu tiên mà Kim Woo Bin tham gia cũng chính là bộ phim đầu tay đánh dấu sự chuyển hướng lấn sân sang lĩnh vực diễn xuất của anh. Trong phim Kim Woo Bin vào vai Kang Mir có mái tóc đỏ rực nổi bật và mang trong mình tính cách vô cùng nổi loạn.




Bắt đầu sự nghiệp từ năm 2011 nhưng phải mất 2 năm sau Kim Woo Bin mới có cơ hội tỏa sáng với vai trò diễn viên. Năm 2013, Kim Woo Bin bắt tay cùng Lee Jong Suk tạo ra một đôi "nam thần màn ảnh" trong Học Đường 2013. Anh vào vai nam sinh Park Heung Soo ngỗ nghịch, thích gây gổ và đánh nhau với bạn bè. Đây là một bộ phim chủ đề học đường của đài KBS đã đưa rất nhiều tên tuổi diễn viên lên hàng sao.  Sau khi bộ phim kết thúc Kim Woo Bin và Lee Jong Suk trở thành bạn thân của nhau.  Đồng thời, Học Đường 2013 cũng mang đến cho ngôi sao sinh năm 1989 giải thưởng Nam diễn viên mới xuất sắc nhất tại APAN Star Awards.


Cũng trong năm này, tên tuổi của Kim Woo Bin tiếp tục bùng nổ khi anh góp mặt vào siêu phẩm Những Người Thừa Kế. Bộ phim bất ngờ trở thành hiện tượng toàn châu Á, giúp danh tiếng của Kim Woo Bin cũng vượt xa ra khỏi biên giới Hàn Quốc. Trong phim Kim Woo Bin đóng vai nam thứ chính nhưng lại gây ấn tượng mạnh, dường như công chúng điều mong mỏi mỗi tập phim đều có sự xuất hiện của anh. Vẫn hình tượng lạnh lùng, kiêu ngạo, xấc xược nhưng không hề nhàm chán, nhờ vai diễn này, Kim Woo Bin được xếp vào hàng những diễn viên đi lên từ “hội chứng nam thứ” đồng thời cũng đưa tên tuổi của anh lên một tầm cao mới.

Kể từ năm 2014, Kim Woo Bin tập trung phát triển sự nghiệp trên màn ảnh rộng khi góp mặt trong hàng loạt phim điện ảnh ăn khách. Trong bộ phim Băng Trộm Siêu Đẳng (2014), Vào vai "siêu trộm" đầy nguy hiểm nhưng Kim Woo Bin lại "hớp hồn" khán giả nữ với thần thái lạnh lùng, ánh mắt sắc bén cùng thể hình hoàn hảo, đôi chân dài bất tận. Hơn nữa, trong Tuổi 20 (2015), Kim Woo Bin khiến khán giả thích thú với tính cách hài hước trong vai anh chàng Chi Ho, con nhà giàu nhưng đào hoa và ăn chơi khét tiếng. Anh khá nổi tiếng với nhiều cô gái nhưng cuối cùng lại chẳng tìm được cho mình một mối tình. Năm 2016, Kim Woo Bin góp mặt vào bom tấn Ông Trùm cùng với hai nam diễn viên đình đám Lee Byung Hun và Kang Dong Won, nam tài tử đã thổi sức sống vào vai diễn của mình bằng diễn xuất vô cùng hấp dẫn.


Vào năm 2020, Kim Woo Bin thông báo đã hoàn thành quá trình điều trị ung thư vòm họng và quay trở lại showbiz với một vài hoạt động quảng cáo cho các nhãn hàng sau 4 năm vắng bóng. Hiện nay anh ấy đang chuẩn bị quay lại màn ảnh với 2 tác phẩm mới là Wiretap và Alien (đóng cùng So Ji Sub và Jum Yung Ah). Kim Woo Bin cũng hạn chế nhận nhiều lời mời đóng phim để đảm bảo sức khỏe vì thế anh cân nhắc kịch bản rất kỹ.