2016년, 우연한 기회에 대학생 잡지인 대학내일 771호의 표지모델로 먼저 얼굴을 알렸으며, 2019년 3월, tvN 월화 드라마 <사이코메트리 그녀석>에서 '김소현' 역으로 배우로 데뷔했다.
데뷔초 다양한 화보와 광고 외에 2020년 1월, 카카오페이지 웹툰 달빛조각사 OST로 기용된 이승철의 '내가 많이 사랑해요'의 뮤직비디오 여주인공으로 박보검과 함께 출연하면서 뛰어난 외모로 주목을 받았다.
2020년 9월, 넷플릭스 오리지널 드라마 <보건교사 안은영>에서 '기성 여고생 최유진' 역을 맡아 출연했으며, 12월에는 넷플릭스 오리지널 드라마 <스위트홈>에서 '박유리' 역을 맡아 대중들에게 본격적으로 알려지기 시작했다.
2021년 4월, JTBC 드라마 <로스쿨>에서 일류대 의상학과 출신의 로스쿨생 '전예슬' 역을 맡아 초반 많지 않은 분량에서도 시선을 사로잡았으며, 드라마가 중반을 넘어가면서 부터는 핵심 사건을 이끄는 캐릭터로 열연했다.
2022년 6월, tvN 드라마 Part 1 <환혼>에서 '낙수' 역으로 특별출연한데 이어, 12월에 방영된 Part 2 <환혼: 빛과 그림자>에서는 낙수의 얼굴을 지닌 신비로운 신녀 '진부연' 역의[8] 여주인공으로 출연하면서 매회 몰입도를 더하는 흡입력 강한 연기력으로 최종화까지 캐릭터의 서사를 촘촘하게 표현해냈다는 호평을 받으며 높은 시청률에 견인했다.
2022년 8월, 이정재의 감독 데뷔작인 영화 <헌트>로 스크린에서 데뷔하였다. 본작이 흥행에 성공하면서 성공적인 스크린 데뷔작이 되었다.
2023년 8월, 디즈니+ 드라마 <무빙>에서 무한재생 능력을 지닌 초능력자이자 체대 입시생 '장희수' 역을 맡아 열연했다. 특히 진흙탕에서 펼쳐진 17대1의 처절한 싸움과 빗속을 뚫고 달리는 장면이 강한 인상을 남기며 '고윤정의 재발견'이라는 평을 받고 있다.
