Ketika masih seorang pelajar sekolah tinggi, Han muncul di dalam rancangan kuiz TV dan juga dilihat dalam rakaman temubual bersama pelajar lain. Pencari bakat hiburan melihat beliau di dalam klip berita dan dengan segera pergi ke sekolahnya dan menawarkan beliau tawaran lakonan.[1] Beliau membuat kemunculan pertama di dalam iklan komersial Asiana Airlines pada tahun 2002 dan telah dipilih untuk berlakon di dalam drama KBS2, Sunshine Hunting. Beliau juga muncul dalam drama Yellow Handkerchief dan membuat penampialn filem pertamanya di dalam Once Upon a Time in High School. Pada tahun 2004, beliau dipilih sebagai watak utama di dalam drama Terms of Endearment dan memenangi Pelakon Wanita Terbaik di Anugerah Drama KBS.[2]

Pada tahun 2005, Han membintangi drama Super Rookie yang mencapai rating setinggi 20%. Han kemudiannya memenangi Anugerah Kecemerlangan di Anugerah Drama MBC. Drama ini juga diterima dengan baik oleh penonton di Jepun dan meningkatkan populariti beliau di negara tersebut. Ia disusuli dengan watak utama di dalam drama Dr. Kkang dan Witch Yoo Hee.

Selepas Witch Yoo Hee selesai pada tahun 2007, Han secara terbuka mengkritik pengarah dan penulis drama tersebut kerana kualiti drama yang rendah/ Beliau kemudiannya rehat daripada lakonan selama tiga tahun dan hanya muncul dalam iklan.

Kerap kali dikategorikan sebagai bintang CF, Han mahu mengubah tanggapan tersebut menerusi kemunculan semula beliau pada tahun 2010.[3] Han muncul di dalam Bad Guy.[4][5][6][7][8][9][10]

2012 terbukti merupakan tahun terbaik dalam karier Han. Beliau muncul di dalam drama, Moon Embracing the Sun dimana beliau melakonkan watak wanita utama. Drama ini mencapai rating penonton setinggi 42.2 peratus.[11][12] Ia disusuli dengan watak utama di dalam filem romantik, Architecture 101.

Han diuruskan oleh J. One Plus Entertainment dari tahun 2009 sehingga 2011.[13][14][15] Selepas kontrak beliau bersama agensi itu tamat, beliau menyertai BH Entertainment pada bulan Disember 2012.[16]