2004年，出演韩国KBS电视剧《海神》，饰演婷花的少年时期。2006年，出演电影《一个百万富翁的初恋》，饰演乡村少女崔恩焕，和玄彬扮演的富家少爷展开了一段纯纯的爱情故事。同年年底，李沇熹接拍了新韩剧《ONE FINE DAY》。2007年，出演惊悚悬疑电影《爱未知》，饰演美美。2008年8月，出演韩国MBC月火剧《伊甸园之东》，饰演国英兰。并凭借此剧获得2008年MBC演技大赏女子新人奖。11月，出演电影《纯情漫画》，饰演韩秀英。2011年，出演韩国SBS月火剧《天堂牧场》，饰演李多智。2012年，李沇熹被选为了化妆品牌SK-Ⅱ的新代言人，和金喜爱、林秀晶共同代言。2013年4月，出演电影《结婚前夜》，饰演吴素美。电影讲述的是结婚典礼一周前4对情侣展开的故事，同时特别出演了韩国MBC月火剧《九家之书》两班家的闺秀同年。12月，出演韩国MBC水木剧《韩国小姐》，饰演吴智英。2015年2月，出演电影《朝鲜名侦探：奴隶的女儿》。4月，主演了韩国MBC古装大剧《华政》，饰演贞明公主。2016年，出演JTBC新剧《The Package》，2017年播出，在剧中饰演导游尹素素。2017年，出演SBS电视台新剧《再次重逢的世界》。2018年，与姜虎东、李寿根共同出演综艺节目《岛剑客（第二季）》。2020年01月，主演MBC奇幻悬疑犯罪剧《The Game：向着零时》，饰演龙山警察署重案1组刑警徐俊英。
