Entre 1995 à 1997 Moon So-ri fait ses débuts au théâtre et dans des court-métrages comme The power of love et Black cut.

Elle décroche son premier rôle au cinéma avec Peppermint Candy réalisé par Lee Chang-dong en 1999. En 2002 il lui propose de jouer dans Oasis, qui sera sélectionné à la Mostra de Venise, et recevra deux prix  : Lion d’argent du meilleur réalisateur pour Lee Chang-dong et Prix Marcello Mastroianni du meilleur jeune espoir pour Moon So-ri, devenant ainsi la première actrice sud-coréenne à remporter ce prix et la deuxième actrice sud-coréenne à être récompensée à la Mostra de Venise. Elle reçoit également le prix de la meilleure actrice au Festival international du film de Seattle en 2003.

L’année suivante, elle est à nouveau remarquée avec son troisième film, Une femme coréenne qui lui fait remporter le prix de la meilleure actrice du Festival international du film de Stockholm. Entre 2004 et 2010, elle joue dans de nombreux films, dont notamment Family ties de Kim Tae-yong, Les femmes de mes amis de Hong Sang-soo, Hahaha de Hong Sang-soo (film récompensé par le prix Un certain regard au Festival de Cannes en 2010), The Housemaid de Im Sang-soo. En 2012, elle retrouve le réalisateur Hong Sang-soo dans In Another Country aux côtés d’Isabelle Huppert. Trois ans plus tard, elle tournera à nouveau avec lui dans Hill of Freedom.

En 2015, Moon So-ri est devenue la première actrice coréenne à être invitée comme membre du jury du Festival international du film de Locarno.

En mars 2016, elle renoue avec la scène avec la création de L’empire des Lumières au National Theater Company of Korea.