李帝勋在青少年时期便对表演艺术产生了浓厚的兴趣，他最初的志向是报考专业的电影学院以系统学习表演。然而，由于父母的明确反对，他不得不暂时搁置这一理想，转而考入高丽大学攻读其他专业。尽管如此，李帝勋内心深处对于演戏的执着追求与热切渴望并未有丝毫减退。经过反复思考与权衡，他在大学二年级时做出了一个重大决定：申请休学，以便全身心投入表演道路的准备。最终，凭借不懈的努力，他于2008年成功考入韩国艺术综合大学演剧院，正式踏上了专业学习的旅程，从而实现了自己长久以来成为一名演员的梦想。
二零零五年，其演艺生涯的起点是一部名为《海燕》的歌舞剧，由此正式踏入表演领域，并随后在《美丽人生》、《Audition》等多部舞台剧中积累了宝贵的演出经验。至二零零七年，其参演的短篇电影作品《真实，Litmus》与观众见面，这标志着他作为影视演员的正式出道。两年后，在短篇电影《只是朋友》中，他成功塑造了名为石伊的角色，进一步磨练了演技。二零一零年七月，他出演了恐怖题材电影《校园鬼》，尝试了不同的影片类型。进入二零一一年三月，他首次担纲主演情感电影《守望者》，在片中饰演因友情破裂而命运急转直下的男孩基泰，这一充满悲剧色彩的角色为他赢得了广泛赞誉，并一举斩获包括第三十二届韩国青龙电影奖最佳新人男演员奖、第四十八届韩国电影大钟奖最佳新人男演员奖在内的多项重要奖项。同年七月，他与申河均、高洙共同主演了战争题材影片《高地战》，他所饰演的申日英虽然年纪轻轻，却展现出卓越的判断力与领导才能。该剧不仅在二零二一年釜山国际电影节上荣获第三届“亚洲最佳剧集奖”，其本人也凭借精湛的表演，摘得该电影节第三届“亚洲最佳男主角奖”的桂冠。二零一二年三月十九日，他与刘亚仁、申世景合作出演的都市爱情剧《时尚王》正式播出，他在剧中饰演了郑宰赫一角。仅仅三天后的三月二十二日，他与裴秀智联袂主演的爱情电影《建筑学概论》登陆院线，他在片中生动演绎了建筑系大一学生李胜民。这部电影最终票房突破四百万人次，成为当时韩国电影史上票房成绩最为突出的传统爱情电影，李帝勋也由此获得了业界对其演技实力与市场号召力的双重肯定。他通过自身纯熟的表演技巧，细腻地呈现出一位二十岁青年在面对初恋时特有的那份青涩与可爱之感。同年十月，他再度挑战恐怖类型片，在电影《占卜师们》中饰演了兼具理工博士与驱魔师双重身份的申政元。二零一三年二月，他主演了惊悚电影《愤怒的伦理学》，饰演一位年轻的警察郑勋。紧接着在三月，他与资深演员韩石圭合作，主演了励志电影《我的帕瓦罗蒂》，在片中诠释了音乐天才李章浩这一角色，继续拓展其表演的广度与深度。
在2014年，他再度与资深演员韩石圭携手，共同主演了古装题材剧集《秘密之门》。剧中，他生动诠释了内心怀揣和平理想、秉性善良的世子李愃，这一角色也标志着他自军队服役归来后正式重返演艺界的复出之作。时间来到2016年1月，他与金惠秀、赵震雄两位实力派演员联袂出演悬疑剧《signal》，成功塑造了犯罪心理分析师朴海英一角，该角色不仅思维缜密、才智出众，更充满了温暖的人情味，其出色表现助力该剧赢得了第52届百想艺术大赏最佳电视剧奖的荣誉；同年5月，他主演了奇幻动作电影《侦探洪吉童：消失的村庄》，在片中饰演一位因特殊原因失去情感感知能力，却拥有惊人记忆力的私家侦探洪吉童，展现了角色内心的复杂层次。2017年2月，他与申敏儿合作，主演tvN电视台的金土剧《明天和你》，饰演了能够穿越时间、资产丰厚的房地产投资公司代表刘素俊，将人物的传奇经历与情感挣扎细腻呈现；6月，他出演了由著名导演李俊益执导的人物传记电影《朴烈》，化身成为充满理想与反抗精神的无政府主义独立运动家朴烈，其深入人心的演绎为他赢得了第54届韩国电影大钟奖最佳男主角的提名；同年9月21日，由他主演、聚焦于慰安妇历史议题的剧情片《我能说》在韩国正式公映，他在片中饰演了一位坚守原则、在历史洪流中努力寻求正义的基层公务员朴民载。2018年10月1日上映的作品《狐狸新娘星》中，他担纲男主角李修渊，凭借对这一角色的精准把握和深刻诠释，他在2018年度SBS演技大赏中荣获了月火剧部门的最佳男主角奖项。
二零二零年四月十日，由他担纲主演的影视作品《狩猎的时间》于Netflix平台正式上线，其在该片中的出色演绎为他赢得了业界的广泛关注，并成功入围第五十六届韩国百想艺术大赏最佳男主角提名名单，标志着其演艺事业的一个重要里程碑。进入二零二一年，他在四月一日正式离开了原经纪公司SARAM ENTERTAINMENT，开启了个人发展的新阶段；同月，其主演的电视剧《模范出租车》在韩国SBS电视台迎来首播，他在剧中生动塑造了一位特种部队军官出身、兼具出色直觉与冷静判断力的出租车司机金道奇，这一角色以其鲜明的个性与深刻的情感层次深深打动了观众；紧接着在五月二十四日，由他领衔主演的另一部电视剧《Move to Heaven：我是遗物整理师》如期播出，他在剧中饰演的曹尚久一角进一步展现了其深厚的表演功底，并凭借此剧荣获第三届釜山国际电影节“亚洲内容大奖”最佳男主角奖项，其精湛演技再次获得行业权威奖项的充分肯定；六月二十一日，他正式宣布创立个人经纪公司COMPANY ON，展现出其在事业规划上的前瞻性与自主性；同年十一月四日，由朴晸培执导、他主演的犯罪题材电影《盗墓》登陆院线，为观众带来了又一个风格迥异的银幕形象。时间来到二零二三年二月，其主演的电影《逃脱》发布了国际版海报，引发了影迷们的热烈期待；二月十七日，他主演的电视剧《模范出租车2》于韩国SBS电视台播出，该剧的热播使其人气持续攀升，并最终助他斩获二零二三年度SBS演技大奖的最高荣誉——大赏；同年十月，他受邀担任第二十八届釜山国际电影节开幕式的主持人，以其沉稳得体的表现展现了作为演员之外的多面才能。二零二四年四月十九日，其主演的犯罪剧情剧《搜查班长1958》在韩国MBC电视台播出，他在剧中饰演了一位来自乡下、却拥有坚定不移的决心与敏锐洞察力的侦探朴英汉，这一角色的复杂性与成长弧光获得了评论界的诸多好评。展望二零二五年，他已确定于三月八日与金大明、成东镒、张铉诚、吴万石等实力派演员共同主演电视剧《协商的技术》，该剧将在韩国JTBC电视台播出，他将挑战谈判专家尹朱诺这一全新角色；随后在十一月二十一日，其主演的悬疑犯罪剧《模范出租车3》也将于韩国SBS电视台与观众见面，持续拓展其作为演员的多样可能性。
二零一二年十月二十五日，演员李帝勋依照韩国兵役制度正式入伍，他选择以义务警察的身份服役，被分配至首尔警察厅下属的“号角话剧团”进行为期二十一个月的工作与训练。在话剧团服役期间，他参与了相关的演出及宣传活动，积累了独特的经历。直至二零一四年七月二十四日，李帝勋圆满完成了规定的兵役义务，正式从部队退伍，重新回归公众视野并继续其演艺事业。
李帝勋是一位在表演上展现出极高可塑性的演员，他不仅具备扎实的演技功底，更令人印象深刻的是其内在所蕴含的强烈艺术“野心”——这种追求从他专注而富有故事感的眼神中便能清晰感知。无论面对何种题材与风格的电影作品，他似乎总能深入角色内核，以细腻而富有层次的演绎赋予人物鲜活的生命力，因而我们有理由相信，他在各类影视创作中都能表现出卓越的适应能力与出色的完成度。