Desde pequena, Shin Hye Sun tinha o sonho de se tornar uma atriz. Depois de se formar no Departamento de Artes Cinematográficas pela Universidade de Sejong, teve a oportunidade de desempenhar seu primeiro papel como coadjuvante na série de televisão School 2013 (2012). Com o tempo ela começou a ganhar papéis de maior destaque como aconteceu em sua participação Oh My Ghost (2015), She Was Pretty (2015) e The Legend of the Blue Sea (2016).

Seu primeiro papel principal foi em A Day (2017) e partir de então continou como protagonistas de dramas sul-coreanos que aumentaram sua popularidade como Stranger (2017), Trinta, mas Dezessete (2018), Mr. Queen (2020) e Vejo Você na Próxima Vida (2023). Seguindo seu sucesso, Hye Sun estreou no cinema como thriller Innocence (2020) em uma atuação que lhe rendeu duas indicações de Melhor Atriz. Recentemente a atriz faz parte do elenco de De Volta às Raízes, drama da Netflix com Ji Chang Wook.