Tras su papel revelación en Joint Security Area (2000), dirigida por Park Chan-wook, Lee Byung-hun se convirtió en una de las grandes figuras del cine surcoreano. Participó en series televisivas como Beautiful Days (2001) y All In (2003), así como en el drama romántico Bungee Jumping of Their Own (2001). Su popularidad creció con A Bittersweet Life (2005) y El bueno, el malo y el raro (2008), ambas dirigidas por Kim Jee-woon. Debutó en Hollywood con G.I. Joe (2009) y ese mismo año protagonizó Escapando del infierno (2009). Volvió a colaborar con Kim Jee-woon en Encontré al diablo (2010) y regresó a Hollywood con Red 2 (2013). Fue muy elogiado por su doble papel en Masquerade (2012) y participó en Terminator Génesis (2015) y el thriller político Inside Men (2015). Ha alternado cine coreano y producciones internacionales en títulos como Los siete magníficos (2016), Master (2016) y Single Rider (2017). Reafirmó su éxito comercial con El hombre del presidente (2020) y Declaración de emergencia (2021). Es conocido internacionalmente por su papel de Front Man en El juego del calamar (2021–2025) y volvió a trabajar con Park Chan-wook en No hay otra opción (2025).
