早在高中二年级时，李素妍便已明确了自己未来的人生方向——成为一名演员。为了实现这一目标，她进行了系统而广泛的才艺积累，不仅潜心学习了大提琴演奏，还深入接触了摇滚乐与韩国传统音乐。此外，为了拓宽自己的表演维度与艺术理解，她甚至跨文化地研习了中国国粹京剧。李素妍的这些努力，为她日后在演艺道路上的发展奠定了坚实而多元的基础。
李素妍的演艺生涯始于2000年，当时她通过KBS2的公开招募节目《drama city》首次亮相于公众视野，并随后出演了KTF与WHITE合作的广告，开启了她的演艺之路。2003年，她迎来了大银幕出道的重要机会，与裴勇俊、全度妍、李美淑等知名演员共同主演了情色电影《丑闻》，在片中饰演“小玉”一角，由此正式进入影视界。次年，即2004年，她与张铉诚、赵成夏等合作，主演了电影《羽毛》，这部作品也被称为《风之羽》，进一步丰富了她的表演经历。 2005年对李素妍而言是电视剧领域收获颇丰的一年。她先是参演了由高贤廷、池珍熙、赵寅成、申冲植等主演的时装剧《春日》，成功塑造了“金庆雅”这一角色；紧接着，她又与韩佳人、文政赫、吴志浩等联袂出演了青春浪漫喜剧《新进社员》，在剧中饰演“徐娴雅”，展现了其驾驭不同风格角色的能力。进入2006年，她与韩孝珠、徐道营、丹尼尔等共同主演了KBS电视剧《春天华尔兹》，出演“怡娜”一角；同年，她还参演了由徐伶和、赵熙奉、金东英等主演的剧情片《阳光的一天》，持续在大银幕上活跃。 2007年，李素妍与车太贤、林彩武等合作，主演了喜剧电影《蒙面达虎》，在片中饰演一位怀揣梦想、渴望成为Trot歌手的女孩；特别值得一提的是，在同年10月26日，她凭借在电影《我的完美生活》中的出色表现，荣获第十六届中国金鸡百花电影节“观众最喜爱的外国女演员奖”，这是对其演技的国际性认可。2008年，她主演了与金智勋、金承秀合作的爱情喜剧片《为什么来我家》，饰演“韩美秀”；随后，她又与文素利、申成禄、李泰林等一同出演了《我人生的黄金期》，在剧中诠释了自幼随母亲改嫁、命运多舛的角色“李金”；在这一年的12月30日，她凭借在《我人生的黄金期》中的精彩演绎，获得了MBC演技大赏的“新人女演员奖”，标志着其演技获得了主流电视奖项的肯定。 2009年，李素妍与金泰贤、裴秀彬、韩振熙、车和娟等演员共同主演了《妻子的诱惑》的反转版本《天使的诱惑》，在剧中挑战了“背叛的妻子”这一复杂角色；同年12月31日，她因在《天使的诱惑》中的优异表现，荣获SBS演技大奖的“新星奖”。2010年，她参与了大型古装剧《同伊》的拍摄，与韩孝珠、池珍熙、裴秀彬、朴河宣、郑镇荣等众多明星合作，成功塑造了历史人物“张禧嫔”（即张玉贞）；在12月30日，她因在《同伊》中的精湛演技，获得了2010年度MBC演技大奖的“优秀女演员奖”。 2011年，李素妍与温朱万、李载允和全慧彬共同主演了SBS周末剧《我的爱在我身边》，饰演角色“道美索”；在年底的12月31日，她凭借在《我的爱在身边》中的出色表演，再度将2011年SBS演技大奖的“优秀表演奖”收入囊中。2012年，她参演了由宋承宪、金在中、李凡秀、朴敏英等主演的MBC周末剧《仁医》（该剧亦被称为《Dr.JIN》），在剧中饰演朝鲜时代红极一时的名妓“春红”；此后，她又与李奎汉联袂主演了SBS剧集《家族的诞生》，出演“李秀晶”一角。 2013年是李素妍在奖项上双丰收的一年。在12月29日，她凭借参与《我们结婚了》的演出，获得了2013年MBC演艺大赏的“Show Variety女子优秀奖”；仅仅两天后的12月31日，她又因在《红宝石戒指》中的优秀表现，荣获2013年KBS演技大赏“日日剧部门优秀演技奖”。2014年，她与南宫民、李源根、尹素熙、朴海美等演员合作，主演了JTBC电视台的新周末剧《山蒜酱汤：12年后的重逢》，在剧中饰演“张达莱”。2015年，她与姜恩卓、徐道营等共同主演了MBC电视台的日日连续剧《美丽的你》，成功塑造了“车书京”这一角色。 2017年，李素妍与崔民秀、姜艺媛、申盛禄等一同主演了MBC电视台的水木奇幻喜剧《 死而复生的男人 》，在剧中饰演“李智英B”。到了2018年，她在由李昇基、车胜元、吴涟序、李洪基、张光主演的TVN电视台奇幻剧《 花游记 》中特别出演，饰演一位美丽而神秘的书贩子，为剧集增添了独特的色彩。
李素妍与宋一坤的初次相识是在2004年，两人共同参与了电影《羽毛》的拍摄工作，当时李素妍作为演员而宋一坤则担任导演职务，正是在这次合作中彼此产生好感并逐渐发展为恋人关系。然而到了2007年4月初，由于双方工作日程日益繁忙，加之在性格上存在一些难以调和的分歧，他们最终选择了分手。此后，李素妍在个人感情生活上迎来了新的进展，她于2015年公开宣布，即将在同年9月12日与一位比她年轻两岁的中小企业家男友举办婚礼。针对外界关于她因怀孕而将原定10月的婚期提前至9月的猜测，李素妍当时也明确予以否认。这段婚姻并未能长久维持，在2018年5月28日，李素妍通过其所属经纪公司正式对外公布了离婚的消息，结束了这段为期数年的婚姻关系。
二零零七年八月，演员李素妍与温朱万共同受邀，担任了第三届济川国际音乐电影节的宣传大使，积极推广这一文化盛事。随后的二零零八年八月，李素妍又携手李真等十一位韩国知名艺人，共同参与了一项具有特殊意义的慈善活动，为宣传独岛（日本称竹岛）而发起的资金募集拍摄了慈善写真集，展现了公众人物的社会责任感。时间来到二零一二年四月，李素妍再次投身公益事业，她与秋素英、申恩庆、柳秀荣等多位艺人一同出席了“2012希望TV SBS”慈善节目，为需要帮助的群体贡献自己的力量。紧接着在二零一四年三月十二日，李素妍出席了《InStyle》杂志创刊十一周年之际所举办的特别慈善活动，持续以自身影响力支持并参与各类社会公益活动。
李素妍凭借其精湛而富有感染力的演技以及出众的外形条件，一直以来都深受广大观众的认可与喜爱。在作品《天使的诱惑》中，一贯以清纯时尚形象示人的李素妍大胆突破自我，挑战了一位性感且心机深重的“坏女人”角色。她在剧中饰演的角色，在丈夫面前表现得如同纯洁天使般温柔体贴，然而在背地里却彻底转变为工于心计、手段狠辣的魔女，这种极具反差与张力的“百变”演技，生动地刻画了人物复杂多面的性格，赢得了观众和评论界的一致好评。而在另一部作品《仁医》中，李素妍所饰演的春虹一角，尽管戏份并不算多，但她却通过细腻的演绎，赋予了这个角色鲜明而独特的个性，使其在有限的出场时间内留下了令人印象深刻的记忆点，再次证明了其驾驭不同角色的深厚功力。