Kim memulakan kerjayanya sebagai pelakon kanak-kanak,[2] dan pertama kali muncul dalam filem haiwan Heart Is... bersama Yoo Seung-ho.[3] Selepas itu dia membintangi filem melodrama Cherry Tomato, yang menggambarkan kehidupan seorang lelaki tua dan cucunya yang dilanda kemiskinan. [4] Salah satu peranan penting Kim dalam filem drama Wedding Dress di mana dia melakon sebagai anak perempuan Song Yoon-ah.[5]

Pada tahun 2013, Kim membintangi drama televisyen The Queen's Classroom, yang memenangi Anugerah Pelakon Muda Terbaik di Anugerah Drama MBC 2013.[6] Kim seterusnya muncul di Thread of Lies, sebuah filem adaptasi novel Elegant Lies oleh Kim Ryeo-ryeong yang mengenai seorang gadis yang sengaja mencari kebenaran di sebalik pembunuhan adiknya.[7] Persembahannya sebagai mangsa pembuli memenangi anugerah Pelakon Baru Terbaik di Baeksang Arts Awards.

Pada tahun 2015, Kim mempunyai peranan utama dalam rancangan televisyen Drama City, Snowy Road . Drama bersiri dua bahagian ini adalah mengenai "wanita selesa" di Korea di bawah pemerintahan Jepun semasa Perang Dunia II, dan kemudian dikeluarkan sebagai sebuah filem di pawagam.[8][9]

Pada tahun 2017, Kim membintangi drama web Sweet Revenge, yang mendapat ulasan positif dan mendapat lebih dari 11 juta tontonan dalam talian.[10] Pada tahun yang sama, dia membintangi filem fantasi Along With the Gods: The Two Worlds.[11] Filem ini adalah filem terlaris kedua di Korea Selatan, dan Kim memenangi anugerah Pelakon Pembantu Terbaik di Blue Dragon Awards. Kim kemudian mengulangi peranannya dalam filem sekuel, Along with the Gods: The Last 49 Days.[12]

Pada tahun 2018, Kim membintangi filem drama Youngju, melakonkan sebagai seorang gadis kesepian di mana persekitarannya memaksanya tumbuh terlalu cepat.[13] Pada tahun yang sama, dia melakon dalam drama romantik dua episod Drunk in Good Taste.[14]

Pada tahun 2019, Kim membintangi Jung Woo-sung dalam filem drama Innocent Witness. Dia mendapat ulasan positif untuk gambarannya tentang seorang gadis yang menderita gangguan perkembangan.[15][16] Dia juga muncul dalam drama remaja At Eighteen bersama Ong Seong-woo.[17]