김혜윤은 2013년 KBS 드라마 《TV소설 삼생이》로 정식 배우 데뷔한 후 약 6년 동안 주로 단역 위주로 활동했으나, 2018년 말부터 2019년 초까지 방영한 JTBC 드라마 《SKY 캐슬》에서 강예서 역을 맡으며 200 대 1의 경쟁률을 뚫고 대중에게 존재감을 각인시켰다. 이 작품으로 백상예술대상 TV부문 여자 신인 연기상을 수상했으며, 이후 《어쩌다 발견한 하루》에서 1인 3역의 주인공을 완벽하게 소화해 데뷔 후 첫 주연작을 성공적으로 이끌었다. 장르를 가리지 않는 폭넓은 연기 스펙트럼과 세밀한 감정 표현으로 긍정적 평가를 받으며 '청춘물, 로멘틱 코미디의 장인', '믿고 보는 배우'로 불리며, 드라마 중심 활동을 통해 한국 드라마계를 대표하는 라이징 배우에서 주연급 배우로 자리매김했다. 2026년 언니네 산지직송 in 칼라페에 출연했다. 2026년 살목지에서 한수인 역을 맡았다. 2026년 오늘부터 인간입니다만에서 은호 역을 맡았다.