Jun Ji Hyun memulai karier di industri hiburan sejak usia 16 tahun. Perjalanan awalnya bermula ketika seorang teman SMA yang juga berprofesi sebagai model memperkenalkannya kepada seorang fotografer. Ia kemudian memakai nama panggung Jun Ji Hyun dan memulai langkah sebagai model, termasuk tampil di Majalah École pada 1997.
Di tahun yang sama, ia tampil dalam berbagai iklan sembari mengikuti kelas akting selama satu tahun di bawah bimbingan Chung Hoon Tak dari Cyders. Penampilannya kemudian menarik perhatian sutradara Oh Jong Rok, yang menawarinya peran dalam drama Take My Heart pada 1998.
Setelah debut akting, Jun Ji Hyun juga sempat menjadi MC program SBS Inkigayo. Dua tahun berkiprah sebagai model, ia memulai debut layar lebar lewat film White Valentine pada 1999. Film tersebut disebut hanya meraih sedikit penonton.
Namun pada tahun yang sama, namanya mulai dikenal lebih luas setelah tampil dalam drama Happy Together yang mencatat rating tinggi hingga 37,9%. Kesuksesan berlanjut pada 2000 ketika ia membintangi film Il Mare yang menembus box office dan membuat karier aktingnya semakin diperhitungkan.
Puncak popularitasnya datang pada 2001 lewat film My Sassy Girl. Film itu disebut bertahan dua minggu di posisi nomor satu di bioskop Hong Kong dan mengantarkan Jun Ji Hyun meraih berbagai penghargaan akting.
Dalam filmografi, Jun Ji Hyun tercatat membintangi sejumlah judul film, antara lain White Valentine (1999), Il Mare (2000), My Sassy Girl (2001), The Uninvited (2003), Windstruck (2004), Daisy (2006), A Man Who Was Superman (2008), Blood: The Last Vampire (2009), Snow Flower and the Secret Fan (2011), The Thieves (2012), The Berlin File (2013), serta Assassination (2015).
Di layar kaca, ia tampil dalam drama Fascinate My Heart (1998), Happy Together (1999), My Love from the Star (2013–2014), The Legend of the Blue Sea (2016–2017), cameo di Kingdom (2020), Kingdom: Ashin of the North (2021), Jirisan (2021), dan Tempest (2025). Ia juga tercatat muncul di beberapa video klip, termasuk “Will You Understand” (Cho Kyu Man, 1997), “The Beginning of Love” (Leon Lai, 1999), “Hey Girl” (Jang Hyuk, 2000), “Love of the Sun and the Moon” (Jang Hyuk, 2000), serta “Love is Always Thirsty” (Yumi, 2002).
Sepanjang kariernya, Jun Ji Hyun meraih sejumlah penghargaan. Di antaranya Netizen Popularity Award untuk Happy Together di SBS Drama Awards (1999), Best New Actress untuk White Valentine di Baeksang Arts Awards (1999), Best Actress dan Popularity Award untuk My Sassy Girl di Grand Bell Awards (2002), hingga berbagai penghargaan untuk My Love from the Star pada 2014, termasuk Daesang for TV di Baeksang Arts Award dan sejumlah penghargaan di SBS Drama Awards. Ia juga meraih Best Actress untuk film Assassination di Grand Bell Award (2015) serta President's Award atas kontribusi di Korean Popular Culture and Arts Awards (2015).
Belakangan, Jun Ji Hyun disebut tengah membintangi drama Tempest bersama Kang Dong Won. Drama ini sempat memicu kontroversi di China setelah salah satu dialog karakter yang diperankan Jun Ji Hyun dinilai menyinggung, termasuk pernyataan bahwa China lebih suka perang dan bom nuklir bisa jatuh di perbatasan. Sejumlah netizen China menyatakan tersinggung.
Selain dialog tersebut, beberapa adegan juga menuai kritik karena menampilkan kota Dalian dengan latar gedung kumuh yang dianggap memberi citra negatif. Meski demikian, disebutkan bahwa proses syuting drama ini dilakukan di lokasi lain.
