Lee Do Hyun tomó lecciones de actuación en secreto, hasta que eventualmente sus padres apoyaron su elección de convertirse en actor. Lee perfeccionó sus habilidades teatrales como estudiante universitario en la Facultad de Artes de la Universidad Chung-Ang e hizo su debut como actor en 2017. Su primer papel importante fue en la exitosa serie de televisión romántica Thirty but Seventeen (2018) por la que fue nominado al premio Personaje del año en los premios SBS Drama Awards 2018 de Corea del Sur. Desde entonces, apareció en varios dramas televisivos en papeles principales y secundarios, incluidos Clean With Passion for Now (2018) y Hotel del Luna (2019), y protagonizó 18 Again (2020), que le valió varios premios al Mejor Actor Revelación. En 2021, protagonizó el drama histórico Youth of May (2021) y el romántico drama escolar Melancholia (2021). Desde 2020 forma parte del elenco de la serie de Netflix Sweet Home donde interpreta a Lee Eun-Hyeok.
