2001年，李准基通过拍摄杂志封面照出道。

2003年9月15日，客串出演MBC《nonstop4》，饰演张根硕的学长。2004年1月4日，客串出演电视剧《星的声音》，饰演“灿奎”一角；  9月10日，出演电影《维纳斯旅馆》；  11月7日，主演KBS独幕剧《我该怎么办》，饰演“胜浩”一角；12月3日，与金敏贞、尹启相合作主演电影《芭蕾舞学院》，在片中饰演“张东完”一角。

2005年12月14日，与李多海、李栋旭合作主演SBS水木剧《我的女孩》，饰演一个游戏人间的花花公子“徐正雨”一角，该剧位列同时段收视率排行榜冠军；29日，与甘宇成合作主演电影《王的男人》，李准基在片中饰演“孔吉”一角，该片韩国观影人次达到1230万2831人，成为韩国影史票房第一位，刷新了韩国电影票房记录，李准基也凭借该片获得第42届百想艺术大赏新人男演员奖与Instyle最佳服装男艺人奖、第27届青龙电影节人气奖、第10届上海国际电影节人气奖、第27届HIFF夏威夷国际电影节新星奖、第43届韩国电影大钟奖新人男演员奖、国内人气奖、海外人气奖等多个奖项。

2006年3月23日，李准基作为韩国电影人的代表，参加时任韩国总统卢武铉的《与国民的网络对话》节目，与卢武铉见面并讨论关于电影界配额制度的问题；12日，在首尔学生体育馆举行《epeisodos1》演唱会；29日，客串出演SBS电视剧《101次求婚》；6月12日，发行首张个人专辑《My Jun My Style》；8月3日，与李文植主演喜剧电影《飞吧，爸爸》，饰演会功夫的高中生“胜锡”一角。

2007年5月12日，主演日韩合拍电影《初雪之恋》，李准基在片中饰演男主角“金珉”一角；7月18日，与郑京浩、南相美合作主演MBC水木剧《狗与狼的时间》，饰演男主角国情局要员“李秀贤”一角，同年，李准基该剧获MBC演技大赏的优秀男演员奖、第3届首尔国际电视节最佳人气男演员奖；  25日，主演电影《华丽的休假》，在片中饰演品学兼优的高中生“姜振宇”一角；10月6日，签约香港英皇娱乐集团有限公司。

2008年5月21日，与韩孝周、朴施厚联合主演SBS水木剧《一枝梅》，李准基在剧中饰演盗侠“一枝梅”一角，该剧成为SBS电视台当年收视第一的迷你剧集，大结局收视率高达31.4%，李准基也凭借该剧获得2008年SBS演技大赏最优秀男演员奖、最佳人气、十大明星三个奖项。

2009年4月13日，李准基发行第二张个人专辑《J Style》，该专辑收录8首歌曲，融合了天使与魔鬼两种概念；18日，在首尔举办《epeisodos 2》演唱会，展开了亚洲巡回演唱会的序幕；  11月18日，主演MBC水木剧《Hero》，在剧中饰演记者“陈道赫”一角。

2010年2月20日，签约娱乐公司JG COMPANY INC；6月17日，以文艺兵身份参加国防电视台KFN《美好的文化》宁越篇的录制，担任特邀主持。2011年5月，李准基参与录制韩语教材《你好，韩国语》在中国出版发行；6月7日，发行写真集《0'boy》。

2012年2月16日，李准基结束两年兵役，与IMX娱乐公司签订所属协议；3月16日，在日本发行单曲《Deucer》，获得Oricon Daily单曲榜第一名的成绩；4月25日，发行第三张个人专辑《称赞我》，该专辑共收录8首歌曲；8月15日，与申敏儿、延宇振共同主演MBC电视剧《阿娘使道传》，饰演男主角“金银悟”一角，同年，李准基凭该剧获得第8届首尔国际电视节韩流电视剧最佳男演员；12月31日，参加东方卫视跨年演唱会，演唱中文版《Together》和《Born Again》。

2013年1月29日，发行专辑《CBC》；8月7日，与金素妍合作主演MBC水木剧《Two Weeks》，在剧中饰演“张泰山”一角，首次挑战父亲形象，而李准基也凭借该剧获得“2013 APAN STAR AWARDS”大田戏剧节最佳男演员的奖项。

2014年3月2日，与IMX合约到期，与经纪公司Namoo Actors签约；6月25日，主演KBS电视剧《朝鲜神枪手》，饰演朝鲜第一剑客之子“朴允江”一角，该剧在水木剧收视大战中夺下同期收视率首位，李准基也凭借该剧获得KBS演技大赏中篇电视剧部门男子优秀演技奖，并和南相美获得最佳情侣奖；  12月10日，发行迷你专辑《My Dear》；12月31日，参加湖南卫视跨年晚会。

2015年7月8日，主演MBC古装奇幻爱情剧《夜行书生》，饰演神秘的吸血鬼书生“金成烈”一角；  10月，与米·拉乔沃维奇前往南非合作拍摄电影《生化危机：终章》。

2016年8月9日，与周冬雨合作主演电影《谎言西西里》，在片中饰演至死不渝守护心爱女人的朴俊浩，是一个极其纯真的纯爱角色；29日，主演电视剧《步步惊心：丽》，饰演四王子“王昭”一角，亦是日后的高丽第四代国王高丽光宗，该剧翻拍自中国电视剧《步步惊心》，李准基凭借该剧获得SBS演技大赏十大明星奖、韩流明星奖，并与李知恩获得最佳情侣奖；12月，参演Naver TV cast爱情网络剧《七次的初吻》，饰演IT财阀教会欧巴。

2017年1月7日，获得2016KKTV年度风云人物奖；4月，与文彩元、孙贤周等合作主演翻拍自同名美剧的tvN刑侦悬疑电视剧《犯罪心理》，饰演NCI行动分析组搜索要员“金贤俊”一角；11月16日，出席在首尔举行的“2017 Asia Artist Awards”颁奖典礼并获得Fabulous奖。

2020年7月，再次搭档文彩元共同主演tvN悬疑剧《邪恶之花》，饰演隐藏残酷过往以全新身份改头换面的男人“白锡成”一角。