1993-2015:
V roce 2010 mu bylo doporučeno, aby se po vítězství v místní pěvecké soutěži zúčastnil konkurzu pro společnost SM Entertainment. Následně se během posledních dvou ročníků střední školy stal stážistou. Na konkurzu u S.M. předvedl skladby „Anticipation“ od Na Yoon-kwon a „My Story“ od Brown Eyed Soul.
D.O. v říjnu 2013
D.O. byl 30. ledna 2012 oficiálně představen jako osmý člen skupiny Exo. Skupina debutovala 8. dubna rozšířenou hrou Mama. V červenci 2013 se objevil v písni „Goodbye Summer“ z druhého studiového alba skupiny f(x) Pink Tape. V prosinci 2013 nazpíval D.O. spolu s dalšími členy Exo, Baekhyunem a Chenem, titulní skladbu pro druhé EP skupiny Miracles in December.
V září 2014 D.O. debutoval jako herec vedlejší rolí ve filmu Cart, kde hrál středoškoláka a syna pracovníka obchodu s potravinami a člena odborů (hrál ho Yum Jung-ah). Film měl premiéru na Mezinárodním filmovém festivalu v Torontu 2014. K filmu vydal také originální soundtrack s názvem „Crying Out“.
Později v roce 2014 D.O. debutoval na malé obrazovce vedlejší rolí v dramatu SBS It’s Okay, That’s Love, kde si zahráli Gong Hyo-jin a Jo In-sung. D.O. byl za svůj výkon v seriálu pochválen filmovým kritikem Heo Ji-woongem a později byl nominován na cenu pro nejlepšího nového herce na 51. ročníku Baeksang Arts Awards.
V červnu 2015 se D.O. objevil v dramatu Hello Monster od KBS, kde hrál psychopata. V listopadu 2015 byl D.O. nominován na cenu pro nejlepšího herce ve vedlejší roli na 52. ročníku Grand Bell Awards za roli Tae-younga ve filmu Cart.
2016-současnost:
V lednu 2016 byl D.O. oznámen jako jeden z herců, kteří namluvili celovečerní animovaný film Underdog, který měl premiéru v roce 2019. Namluvil hlas Moongchiho, toulavého psa, který je oddělen od svého majitele. V únoru 2016 spolupracoval s Yoo Young-jin na duetu „Tell Me (What Is Love)“ pro SM Station. Předtím předvedl krátkou verzi písně jako sólové vystoupení během prvního koncertního turné skupiny Exo.
V únoru si D.O. zahrál hlavní mužskou roli po boku herečky Kim So-hyun v romantickém filmu Pure Love. v říjnu 2016 si D.O. zahrál po boku Chae Seo-jin v internetovém dramatu Be Positive z produkce společnosti Samsung. Seriál se stal nejsledovanějším korejským webovým dramatem všech dob.
V listopadu 2016 si D.O. zahrál po boku Jo Jung-suka a Park Shin-hye ve filmu Můj otravný bratr, kde ztvárnil sportovce národní úrovně v judu. D.O. a Jo Jung-suk pro film nahráli také závěrečnou znělku s názvem „Don’t Worry“. Za svůj výkon ve filmu získal D.O. o rok později cenu Blue Dragon Film Awards pro nejlepšího nového herce.
D.O. na tiskové konferenci k filmu Pokoj č. 7 v listopadu 2017
V roce 2017 si D.O. zahrál hlavní roli v komediálním thrilleru Pokoj č. 7.
. Ve stejném roce si zahrál vedlejší roli ve filmu Kim Yong-hwa Along With the Gods: The Two Worlds, adaptaci stejnojmenného internetového komiksu o soudu v posmrtném životě, kde zesnulí podstupují několik soudních procesů po dobu 49 dní.
V roce 2018 si D.O. zahrál ve filmu Swing Kids, který se odehrává v zajateckém táboře v Jižní Koreji během korejské války. Hraje v něm severokorejského vojáka, který se uprostřed všeho chaosu zamiluje do stepu. Ve stejném roce byl obsazen do své první hlavní role na malé obrazovce, hrál korunního prince ve filmu 100 dní mého prince, který produkovalo Studio Dragon. Seriál zaznamenal komerční úspěch, stal se pátým nejsledovanějším korejským dramatem v historii kabelové televize a v roce 2020 se stal prvním dramatem CJ ENM vysílaným v japonské veřejnoprávní televizi NHK General TV.
V květnu 2019 získal D.O. cenu popularity V Live na 55. ročníku Baeksang Arts Awards. Později v květnu D.O. napsal ručně psaný dopis na oficiální fanklub Exo v návaznosti na zprávu o svých plánech dobrovolně nastoupit na povinnou vojenskou službu. Jako voják v činné službě narukoval 1. července 2019 a sloužil u Hlavní mechanizované pěší divize (divize Fierce Tiger) jako manipulant s potravinami (kuchyňská policie). Téhož dne vydal prostřednictvím projektu SM Station sólovou skladbu, na které se podílel, „That’s Okay“.
V roce 2020 D.O. debutoval v hudebním divadle v repríze původního vojenského muzikálu Návrat:
D.O. si v prosinci 2020 vzal poslední vojenskou dovolenou a v souladu s armádními protokoly týkajícími se pandemie COVID-19 se nevrátil na základnu. Z povinné vojenské služby byl propuštěn 25. ledna 2021.