Lee Joon-hyuk memulai kariernya di dunia hiburan dengan muncul dalam video musik dari grup Typhoon pada tahun 2006. Kemudian, ia debut sebagai aktor dalam drama tahun 2007 berjudul First Wives’ Club dan diikuti peran-peran pendukung lainnya. Joon-hyuk mulai dikenal setelah membintangi drama Three Brothers (2009),I Am Legend (2010), City Hunter (2011), dan Man from the Equator (2012).