Kim fue actor infantil y protagonizó varios dramas en su adolescencia, pero decidió no dedicarse a la actuación para centrarse en su carrera como cantante.^[1]​ Posteriormente, se unió a SM Entertainment como aprendiz tras ser seleccionado por un cazatalentos de la compañía.^[2]​ Realizó sus estudios en la escuela secundaria Whimoon.

Kim debutó en 1998 como vocalista del grupo Shinhwa. Aunque no es el vocalista principal del grupo, comenzó a tener más relevancia en las canciones a partir del séptimo álbum de Shinhwa, Brand New. Aunque más tarde comenzó también su carrera como solista, actualmente sigue formando parte del grupo.

Kim fue una de las múltiples celebridades coreanas elogiadas por los medios japoneses por realizar generosas donaciones para las víctimas de las inundaciones de 2006.

El 16 de abril de 2007, Kim apareció como invitado en el programa de radio "Pleasure and Pain" de MC Mong. Cuando le preguntaron sobre un incidente al principio de su carrera en el que se lesionó la nariz, confesó que tuvo que someterse a una cirugía plástica para cambiarle la forma.^[3]​

Kim lanzó su álbum debut como solista, Kimdongwan Is, el 5 de julio de 2007, que incluyó colaboraciones con sus compañeros de Shinhwa.^[4]​^[5]​ Kim expresó su gratitud a las contribuciones de sus compañeros, diciendo: "He estado trabajando junto con el grupo Shinhwa, por lo que estaba teniendo mucha presión trabajando en un álbum como solista, pero los demás miembros decidieron ayudarme con la mayor parte del álbum, y ha sido de gran ayuda para mí". El primer sencillo de Kim fue la balada "Handkerchief". A pesar de que el género musical de Shinhwa es K-pop tradicional, Kim quiso que su álbum estuviera más influenciado por el J-pop.

Para su álbum debut, Kim también perdió mucho peso, afirmando que «no es bueno para un cantante de baladas tener una imagen musculosa, y que alguien que canta baladas debería tener una imagen más delgada y hambrienta». Su álbum vendió más de 25.000 copias en dos días, con 41.490 copias vendidas a finales de 2007, ocupando el puesto 19 entre los álbumes más vendidos de ese año.^[6]​ En 2008, lanzó su segundo álbum en solitario, The Secret; Between Us. El álbum contó con colaboraciones de otros artistas como Tiffany de Girls' Generation, Jade Valerie, su compañero de grupo Eric, y Heritage.

Kim se alistó para el servicio militar obligatorio en noviembre de 2008, en un campo de entrenamiento del ejército en Gongju, Provincia de Chungcheong del Sur, pero más tarde se convirtió en trabajador administrativo en la Oficina del Distrito de Seodaemun-gu. Fue dado de baja el 17 de diciembre de 2010, después de servir 24 meses.

Tras ser dado de baja, Kim se unió a Liveworks Company, y desde entonces ha interpretado el papel principal de Hedwig en el musical teatral Hedwig and the Angry Inch en el Sang Sang Art Hall de Seúl. En agosto de 2011, Kim interpretó el papel del activista por la independencia de Corea, Lee Youk-sa, en el drama especial de dos partes de MBC, The Peak, también conocido como Life of Lee Youk-Sa, the Poet who Embraced Epoch. Se emitió el Día de la Liberación de Corea, el 15 de agosto de 2011.

En 2011, Kim se reunió con sus compañeros de Shinhwa para su regreso, bajo la dirección de la compañía creada por los propios miembros del grupo, Shinhwa Company. El grupo lanzó su décimo álbum de estudio, The Return, el 23 de marzo de 2012,^[7]​^[8]​ y realizaron la gira de regreso 2012 Shinhwa Grand Tour: The Return por toda Asia.^[9]​^[10]​ Además, su primer programa exclusivo de variedades, Shinhwa Broadcast, se estrenó el 17 de marzo de 2012 en el canal de cable JTBC.^[11]​

En julio, Kim coprotagonizó junto a Kim Myung-min y Lee Hanee el thriller Deranged como Jae-pil.^[12]​^[13]​ En agosto, Kim fue elegido para el papel principal de Kim Tae-pyung en el drama de KBS, Cheer Up, Mr. Kim!. La serie se estrenó en noviembre y fue el primer drama televisivo de Kim desde Good Bye, Sadness en 2005.^[14]​ En los KBS Drama Awards de 2012, Kim recibió el premio al Mejor Actor en Dramas por su papel en el drama.^[15]​

En abril de 2015, después del terremoto en Nepal, se informó que Kim donó 36.000.000 wones (equivalentes a aproximadamente 33.660 dólares estadounidenses) al fondo de ayuda.^[16]​

• 2001 – Nonstop
• 2002 – Children of Heaven (KBS)^[22]​
• 2005 – MBC Best Theater – "Magic Power Alcohol"
• 2005 – Beating Heart
• 2005 – A Farewell to Sorrow
• 2007 – The One I Love
• 2011 – The Peak
• 2012 – Cheer Up, Mr. Kim! (KBS)
• 2016 – Moorim School: Saga of the Brave
• 2017 – Drama Stage – The Picnic Day (TVN)^[23]​
• 2019 – I Hate Going to Work (KBS2)
• 2025 - For Eagle Brothers (KBS2)

• 2002 – Emergency Act 19 – cameo con Shinhwa
• 2004 – Spin Kick, también conocido como Taekwon Boys^[24]​
• 2012 – Deranged - como Jae-pil, un investigador y hermano menor de Jae-hyuk, interpretado por Kim Myung-min
• 2015 – Springtime Fantasy
• 2015 – Glory Day
• 2015 – The Megalomaniac
• 2021 – A Long Day^[25]​
• 2022 – B Cut - como Seung Hyun^[26]​
• 2022 – The Clown: The Singer como Fallen Yangban^[27]​

• 2003 – Yoon Do-Hyun's Love Letter “Lately” – KBS
• 2004 – Yoon Do-Hyun's Love Letter “Cigarette Shop Girl” – KBS
• 2005 – Public Relations – Oficial del JeonJu International Film Festival
• 2005 – Love Letter (ep 1 -14) – SBS
• 2005 – X-Man – SBS
• 2006 – Heroine 6
• 2006 – New X-Man – SBS
• 2012-2013 – Shinhwa Broadcast (ep 1 - 49) - JTBC
• 2015 – I Live Alone (ep 99 - 150) - MBC
• 2015 – King of Mask Singer (Concursante bajo el nombre "Holding the End of the Night") (Episodios 29-30) - MBC
• 2018 – Worldwide Correspondence - TVN
• 2018 – Battle Trip - KBS
• 2018 – 2 Days & 1 Night - (ep 705 - 706) - KBS
• 2021 – Chosun Panstar - MBN (juez)^[28]​

• 2000-2002: DJ para Ten Ten Club
• 2003-2005: Presentador de Inkigayo de SBS
• 2006: Presentador del concierto I Love My Teacher Day de SBS
• 2018: Conductor de Correspondencia Mundial de TVN

• Shinhwa Company official website (en coreano)
• https://www.youtube.com/channel/UCNwjaN9w8W2RnZqbE4A0UcA (en coreano)