Kim Da-mi hizo su debut actoral a través de la película independiente 2017 Project With The Same Name, un largometraje ómnibus producido anualmente. Tan solo al año siguiente alcanzó gran reconocimiento gracias por su protagónico en la película de acción y misterio The Witch: Part 1. The Subversion (2018), dirigida por Park Hoon-jung, donde fue elegida entre 1500 candidatas que audicionaron para el papel. En 2020, Kim hizo su debut televisivo en la serie de televisión JTBC Itaewon Class, basada en el webtoon del mismo título, donde protagonizó en el papel de Jo Yi Seo, por el que ganó el premio Baeksang Arts a la mejor actriz nueva (TV). En 2022, protagoniza al drama de SBS, distribuido por Netflix, Aquel año nuestro con Choi Woo-shik, Kim Sung-cheol y Roh Jeong-eui, el cual sigue a una ex pareja que se ve obligada a volver a estar junta cuando un documental que filmaron en la escuela secundaria se vuelve viral.