金裕贞4岁时因为陪着姐姐参加比赛而意外获得了最受欢迎奖，2003年以CF出道，2004年在电影《非武装地带DMZ》中开始了她的首次出演。
2005年，金裕贞通过电视剧《亲切的金子》和观众见面，接下来在电影《我一生最美丽的一周》中扮演了一位的身患绝症的女童，次年，7岁的金裕贞就凭借该片获得第43届韩国电影大钟奖最佳女新人奖提名，成为韩国最新一批“少女明星”中的演技派代表。
2006年，在影片《方糖》中金裕贞扮演了女主角的童年时代，此后不久上映的《突然有一天之第四层》中金裕贞又和金淑亨扮演了一对相依为命的母女。
2008年，金裕贞出演《风之画员》和《一枝梅》两部电视剧主人公的幼年角色，展现了古装魅力，她也凭此两部剧获得SBS演技大赏童星奖。
2009年，金裕贞参与了韩国首部灾难大片《海云台》的拍摄，饰演严正花的女儿，电影票房达1145万3338观影人次。
2010年，金裕贞在MBC电视台史剧《同伊》中出演女主角韩孝珠的童年时代，随后金裕贞在七月首播的KBS电视剧《九尾狐之狐狸姐姐传》中饰演了韩恩贞的女儿妍伊，以主演身份登场。而后，金裕贞在MBC电视剧《欲望的火花》中分饰两角。在年末分别获得了MBC演技大赏和KBS演技大赏的青少年演技奖。
2012年，金裕贞接演电视剧《拥抱太阳的月亮》，饰演女主角许烟雨的少年时代，金裕贞凭借此剧获得了MBC演技大赏最佳童星奖并且提名百想艺术大赏的最佳新人女演员和人气女演员。下半年，金裕贞接连出演了电视剧《May Queen》和电影《同窗生》。
2013年，金裕贞出演电影《优雅的谎言》和电视剧《黄金彩虹》。6月，在显忠日缅怀会上，金裕贞作为国民代表获得韩国总统朴槿惠亲自为其颁发的爱国徽章。
2014年，金裕贞与演员Tim Kang合作出演美国短篇电影《Room 731》，并在SBS月火剧《秘密之门》中担当女一号，与李帝勋、韩石奎等实力派演员们搭档。11月接任SBS音乐节目《人气歌谣》固定MC。11月19日，金裕贞被选定成为首尔全球观光宣传大使。11月27日，金裕贞凭借电影《优雅的谎言》获得第35届青龙电影节最佳新人女演员提名。
2015年，金裕贞主演电影《秘密》，与成东日搭档饰演父女。3月，主演MBC水木剧《愤怒的妈妈》，扮演高中生吴雅兰。7月，与车太贤搭档主演电影《因为爱》。