2008年，以《KTF Show－二十歲篇》廣告出道   ，并靠該廣告獲得2008 Mnet 20's Choice頒獎禮CF新星獎   和2009年亞洲模特頒獎典禮CF模特獎；同年，出演MBC日日劇《他來了》   。

2009年，拍攝MBC日日劇《穿透屋頂的High Kick》   後開始爲人熟悉。

2010年，固定出演了SBS周日綜藝《Running Man》；年末，獲得SBS演藝大賞New Star賞；同年，出演MBC電視劇《同伊》中的英達一角   。

2010年，主演李俊益導演的《平壤城》   、《我妻子的一切》、《完美廣播》   、《我的小英雄》   等電影作品；憑借《我妻子的一切》獲得第33屆青龍電影節的最佳新人男演員提名   ；《完美廣播》中的演出獲得第48屆百想藝術大賞新人男演員提名   。

2011年，出演《城市獵人》   中高奇俊一角；同年，出演了電視劇《小夥子的蔬菜店》中南友鋒一角   。

2012年，出演了KBS電視劇《善良的男人》，飾演樸載吉   ；同年，爲動畫電影《海洋警察Marco》主角Marco配音   。

2013年，爲3D動畫電影《與恐龍同行3D》主角Patchi配音   ；同年，出演MBC電視劇《火之女神井兒》，飾演臨海君   。

2014年，出演SBS水木劇《沒關系，是愛情啊》   ，飾演樸秀光   。

2014年，出演電影《好朋友們2014》   中民秀一角；出演電影《德水裏五兄弟》   中警察一角。

2014年8月，憑借電視劇《沒關系，是愛情啊》中妥瑞症患者的演技入圍2014年韓國電視節男子優秀賞   ；10月1日，在2014年韓國電視節頒獎典禮中榮獲男子優秀賞   ；10月21日，成爲2014年韓國-印尼電影節的宣傳大使   ；11月15日，在2014大田電視劇節獲得男子人氣賞   ；11月，确定作爲主演出演電影《陡然變異》   ；12月30日，獲得SBS演藝大賞娛樂部門優秀賞   ，12月31日，獲得SBS演技大賞迷你劇部門特别演技賞。

2015年1月，成爲雀巢糖果港澳台地區的代言人，也是雀巢首位外國代言人   ；4月7日，确定出演中國明星假想戀愛真人秀《如果愛》   ；7月16日，被委任爲“2015韓國品牌和韓流商品博覽會”（KBEE）宣傳大使   ；10月22日，主演的電影《突然變異》上映   ；同年，出演SBS電視台單幕劇《PUCK》，飾演完全沒有人情味的高利貸業主趙俊萬   。

2016年1月7日，榮獲“2015微博之夜”亞洲人氣藝人獎   ；同年，客串電視劇《太陽的後裔》   ；2月25日，确定客串電視劇《花郎：The Beginning》   ；4月初，拍攝韓國KBS電視台電視劇《心裏的聲音》   ；同年，客串TVn十周年特别企劃電視劇《My Dear Friends》   飾演小兒子民浩；11月4日，主演tvN喜劇《明星夥伴》（又名《Entourage》）飾演過氣演員車俊 ；12月9日，《心裏的聲音》首播。

2017年，與鄭有美、裴晟祐共演展現派出所警察生活的劇集《Live》   ；9月12日，與成東日，權相宇出演電影《偵探2》   ；12月30日，獲得SBS演藝大賞best couple 賞   。

2018年6月，參與錄制綜藝節目《犯人就是你》   ；同年，與權相佑、成東日參與拍攝電影《偵探2》   ；8月，出演電影《我的特級兄弟》   ；12月12日，憑借電影《偵探 Returns》獲得2018韓國最佳明星獎的最佳人氣獎   ；12月28日，獲得SBS演藝大賞最佳人氣賞   。

2019年9月，主演電影《老千：獨眼傑克》，該片奪得了韓國電影預售榜冠軍   ；11月21日，出席第40屆青龍電影節，并獲得人氣明星賞   。

2020年2月15日下午，李光洙與一輛違章車輛發生碰撞，“李光洙被診斷爲右腳踝骨折，住院接受治療，18日下午進行手術。”李光洙因手術暫停《Running Man》拍攝，回歸時間視傷勢情況而定。

2020年6月5日，出席韓國第56屆百想藝術大賞，憑借電影《我的特級兄弟》獲得電影部門最佳男配角賞   。