2005年，金厉旭作为Super Junior组合一员出道，于SBS音乐节目《人气歌谣》以《Twins (Knock Out)》初次登台，并发行首张专辑《Super Junior 05》。

2006年，厉旭、艺声及圭贤组成子组合Super Junior-K.R.Y. ，并为电视剧《鬣狗》演唱主题曲《The Night Chicago Died》及《The One I Love》 ；他们亦为家庭剧《雪花》演唱插曲《停下脚步》。

2007年，厉旭除了为电视剧《比利金，看看我》演唱插曲《Just You》之外；他还为警匪剧《H.I.T》演唱主题曲《H.I.T》及《Success》；同年，Super Junior主演的电影《花美男连锁恐怖事件》首映，厉旭在片中饰演常青外语高中的学生会副会长。

2008年，厉旭随Super Junior子组合Super Junior-M在中国出道，并发行首张国语专辑《迷》。

2009年，Super Junior第三张韩语专辑《Sorry, Sorry》发行，收录厉旭原创情歌《Love U More》；同年，厉旭、艺声及圭贤为电视剧《搭档》演唱主题曲《梦想的Hero》；年底，随组合首次获得韩国金唱片大赏的唱片大赏、唱片本赏和人气奖。

2010年5月，Super Junior发行第四张韩语正规专辑《Bonamana》，收录厉旭独唱歌曲《春日》9月，厉旭与Beige演唱单曲《与朋友相爱时》；10月，厉旭、晟敏、银赫、东海、圭贤为导旅游观光短剧《一天》演唱主题曲《Angel》；11月，为电视剧《我快乐的家》演唱主题曲《Smile Again》；12月，厉旭、晟敏及圭贤为电视剧《总统》演唱主题曲《咬住嘴唇》；同月，与东海为电视剧《没关系，爸爸的女儿》演唱主题曲《像现在一样》。

2011年4月，厉旭、艺声及圭贤为韩国音乐选秀节目《Super Star K3》演唱主题曲《Fly》；随后，厉旭首次主演音乐剧《狼的诱惑》，饰演郑泰成 ；7月，为电视剧《间谍明月》演唱主题曲《如果更爱的话》；同年，厉旭与晟敏担任担当电台DJ，主持KBS电台节目《Super JuniorKiss The Radio》；年底，随组合凭借专辑《Mr. Simple》首次获得Mnet亚洲音乐大奖最佳专辑大奖、最佳男子组合奖及人气奖。

2012年，厉旭作为固定嘉宾参与韩国歌唱节目《不朽的名曲2》；同年，厉旭、艺声及圭贤除了为电视剧《熊猫小姐和刺猬》演唱主题曲《Loving You》之外还为电视剧《致美丽的你》演唱主题曲《SKY》。

2013年4月，晟敏因活动行程的关系从《Super JuniorKiss The Radio》下车，由厉旭一人主持电台节目；同年，主演音乐剧《歌舞青春》，饰演男主角Troy Bolton，厉旭与Luna演唱主题曲《新的开始》；7月，为电视剧《女王的教室》演唱主题曲《Maybe Tomorrow》。

2014年，厉旭与孙东云担任Mnet《Super Idol Chart Show》节目主持人；同年，主演音乐剧《女神在看》。

2015年，主演音乐剧《AGATHA》及《深夜小狗神秘习题》；同年，厉旭与李慧琳担任YTN《Enter-K》综艺节目主持人；年底，凭借主持电台节目《Kiss The Radio》获得KBS演艺大赏电台节目主持人奖。

2016年，厉旭除了参与韩国歌唱节目《蒙面歌王》，翻唱歌曲《人海之中遇见你》 ；他还参与了韩国歌唱节目《不朽的名曲2》，翻唱已故歌手金光石的歌曲《My Song》；1月，首张个人迷你专辑《小王子》发行，收录厉旭作词歌曲《POOM》；随后，在首尔举办6场个人演唱会《Ever Lasting Star》；4月，厉旭准备入伍而从电台电目《Super JuniorKiss The Radio》下车；9月，厉旭与BADA合作推出单曲《Cosmic》。

2018年，厉旭退伍并回归歌坛，所属组合SJ发行迷你专辑《One More Time》。

2019年，厉旭第二张个人迷你专辑《Drunk on love》发行，收录主打歌《I'm not over you》等七首作品；同年，SJ发行第九张韩语专辑《Time Slip》。