Frühe Karriere
Kim begann mit dem Schlittschuhlaufen, als sie sieben Jahre alt war. Zu dieser Zeit war ihr Trainer Ryu Jong-Hyeon von Kims Talent überzeugt. Aus diesem Grund bat er Kims Mutter, Kim solle weiter Schlittschuhlaufen lernen und sagte, dass sie in Zukunft eine wunderbare Eiskunstläuferin werden würde.
Im Jahr 2002 nahm sie zum ersten Mal international an der Triglav-Trophy teil und gewann dort eine Goldmedaille. Ein Jahr später, als sie 12 Jahre alt war, gewann sie den Seniorentitel bei den südkoreanischen Eiskunstlaufmeisterschaften. Sie war die jüngste Eiskunstläuferin, die diesen Titel jemals gewann. Ihren zweiten internationalen Wettkampf gewann sie beim Goldenen Bären von Zagreb.
Junior-Karriere
Saison 2004-2005
In der Saison 2004-2005 nahm Kim als Junioren-Eiskunstläufer am ISU Junior Grand Prix teil, der eine Junioren-Ergänzung zum ISU Grand Prix des Eiskunstlaufens darstellt. Sie gewann eine Silbermedaille bei der Veranstaltung in China und eine Goldmedaille bei der Veranstaltung in Ungarn. Sie gewann eine Silbermedaille beim Junioren-Grand-Prix-Finale 2005 mit einer Gesamtpunktzahl von 137,75 Punkten.
Auf ihrem Weg zu den Eiskunstlauf-Weltmeisterschaften der Junioren 2005 behielt sie zum dritten Mal in Folge ihren nationalen Meistertitel. Bei diesem Wettbewerb gewann sie erneut eine Silbermedaille und erhielt 158,93 Punkte.
Saison 2005-2006
Für die Saison 2005-2006 war Kim nicht alt genug, um an den Olympischen Spielen 2006 teilzunehmen.
Stattdessen besuchte sie den Großen Preis der Junioren 2005-2006 und gewann beide Wettbewerbe, in Bulgarien und der Slowakei. Beim Finale des Großen Preises der Junioren 2006 gewann sie den Wettbewerb, indem sie 28,34 Punkte mehr erhielt als Aki Sawada, der die Silbermedaille gewonnen hatte. Während ihrer Kür machte sie sieben Dreifach-Sprünge, darunter einen Dreifach-Flip.
Bei den Eiskunstlauf-Weltmeisterschaften der Junioren 2006 war sie die Rivalin des japanischen Eiskunstläufers Mao Asada und gewann die Goldmedaille. Als sie diese Medaille gewann, hatte sie 177,54 Punkte erzielt.
Senior-Karriere
Saison 2006-2007
Um sich auf ihren nächsten Wettkampf in der Saison 2006-2007 vorzubereiten, trainierte Kim im Sommer 2006 sehr viel im Eislauf- und Curling-Club von Toronto in Kanada. Sie wurde von Brian Orser und David Wilson trainiert.
Kim gewann beim Skate Canada 2006 eine Bronzemedaille, nachdem er 168,48 Punkte erzielt hatte. Sie gewann die Trophée Eric Bompard 2006 mit einer Punktzahl von 184,54 Punkten, 10,10 vor Miki Ando, dem Eiskunstläufer, der die Silbermedaille gewann. Diese Leistungen ermöglichten es Kim, am Grand-Prix-Finale in St. Petersburg (Russland) teilzunehmen. An diesem Ort siegte Kim mit 184,20 Punkten, das waren 11,68 Punkte mehr als Mao Asada, der die Silbermedaille gewann.
Kim war zum Abbruch gezwungen, weil sie sich bei den südkoreanischen Meisterschaften 2006-2007 verletzt hatte. Aus diesem Grund musste sie ins Krankenhaus eingeliefert werden.
Kim wurde für die Teilnahme an den Eiskunstlauf-Weltmeisterschaften 2007 ausgewählt. Bei den Weltmeisterschaften in Tokio, Japan, gewann Kim das Kurzprogramm mit 71,95 Punkten und stellte damit einen Weltrekord auf. Im langen Programm belegte sie mit 114,19 Punkten den vierten Platz und beendete das dritte Programm mit 186,14 Punkten hinter Miki Ando und Mao Asada aus Japan. Kims Punkte verhalfen zwei weiteren südkoreanischen Damen zur Teilnahme an den Eiskunstlauf-Weltmeisterschaften 2008.
Im März 2007 wurde Brian Orser Kims neuer hauptamtlicher Trainer. Da ihr das Trainingsumfeld in Toronto gefiel, machte Kim Toronto zu ihrer Trainingsheimat. Zu ihren Trainern gehörten zu dieser Zeit Brian Orser, Astrid Shrubb, David Wilson und Tracy Wilson.
Saison 2007-2008
Zu Beginn der Saison 2007-2008 gewann Kim den Cup of China 2007 mit 180,68 Punkten und lag damit 24,34 Punkte vor Caroline Zhang, die die Silbermedaille errungen hatte. Beim Cup of Russia 2007 gewann Kim sowohl das Kurzprogramm mit 63,50 Punkten als auch die Kür mit 133,70 Punkten. Damit stellte sie einen Weltrekord für die Kürwertung nach dem ISU-Judging-System auf. Sie machte auch einen Flip Jump-Toe-Loop zusammen, einen Loop Jump, einen Lutz Jump-Toe-Loop Jump, einen Axel Jump-Toe-Loop Jump und einen dreifachen Lutz Jump.
Sie durfte am Grand Prix des Eiskunstlauf-Finales 2007-2008 in Turin (Italien) teilnehmen. Das Kurzprogramm gewann sie mit 64,62 Punkten. Mit einer Punktzahl von 196,83 Punkten gewann Kim ihr zweites Grand-Prix-Finale.
Kim nahm nicht an den südkoreanischen Nationalmannschaften 2007-2008 teil und auch nicht an den Four Continents Figure Skating Championships 2008 wegen einer Hüftverletzung. Obwohl sie immer noch Rückenschmerzen hatte, besuchte sie die Eiskunstlauf-Weltmeisterschaften 2008 in Göteborg (Schweden). Im Kurzprogramm belegte sie mit 59,85 Punkten den fünften Platz. Insgesamt erzielte sie 183,23 Punkte und gewann ihre zweite Bronzemedaille.
Saison 2008-2009
Kim wurde für die ISU Grand Prix-Saison 2008-2009 dem Skate America und dem Cup of China Grand Prix 2008 zugeteilt.
Beim Skate America 2008 belegte Kim mit 69,50 Punkten den ersten Platz im Kurzprogramm. Danach holte sie sich den Titel bei den Damen, indem sie die Kür mit 123,95 Punkten gewann. Sie gewann die Kür mit 193,45 Punkten und lag damit mehr als 20 Punkte vor der Japanerin Yukari Nakano, die die Silbermedaille gewann.
Kim gewann und gewann weiterhin Medaillen beim Cup of China 2008, wo sie mit 63,64 Punkten im Kurzprogramm und 128,11 Punkten in der Kür den ersten Platz in beiden Disziplinen belegte. Die Gesamtpunktzahl betrug 191,75. Ihre Leistung ermöglichte ihr den Einzug ins Finale des Grand Prix des Eiskunstlaufs 2008-2009|2008-2009 Grand Prix Finale.
Beim Grand-Prix-Finale 2008-2009, das in Goyang, Südkorea, stattfand, belegte sie mit 65,94 Punkten den ersten Platz im Kurzprogramm und den zweiten Platz in der Kür, wo sie 120,41 Punkte erzielte. Sie gewann die Silbermedaille mit einer Gesamtpunktzahl von 186,35 Punkten, 2,20 Punkte hinter Mao Asada aus Japan.
Kim nahm 2009 an den Four Continents Figure Skating Championships in Vancouver (Kanada) teil. Im Kurzprogramm stellte sie mit 72,24 Punkten einen neuen Weltrekord auf. Außerdem erzielte sie 116,83 Punkte in der Kür und gewann damit die Goldmedaille.
Während der Eiskunstlauf-Weltmeisterschaften 2009 in Los Angeles (Vereinigte Staaten) stellte sie mit 76,12 Punkten einen neuen Weltrekord auf und übertraf damit ihren bisherigen Rekord um fast vier Punkte. Sie zeigte eine dreifache Flip-Dreifach-Toeloop-Kombination, einen dreifachen Lutz-Sprung und einen zweifachen Axel-Sprung. Gleichzeitig verdiente sie bei all ihren Drehungen ein Level vier. Sie gewann auch die Kür mit 131,59 Punkten und zeigte mit ihrer Kunstfertigkeit und ihren musikalischen Fähigkeiten grosses Können. Dadurch stellte sie einen neuen Weltrekord von 207,71 auf und gewann ihren ersten Weltmeistertitel. Sie war die erste Eiskunstläuferin, die nach dem ISU-Bewertungssystem über 200 Punkte erreichte. Ihre Punktzahl betrug 16,42 Punkte vor Joannie Rochette, der Frau, die die Silbermedaille gewann. Sie war die einzige Wettkämpferin, die sowohl im Kurzprogramm als auch in der Kür bei dem Wettkampf acht Punkte in den Programmkomponenten erhielt. Kim war die einzige Eiskunstläuferin, deren Dreifach-Dreifach-Kombination von den Kampfrichtern sowohl im Kurzprogramm als auch in der Kür in der Saison 2008-2009 gesehen wurde.
Saison 2009-2010
Kim wurde in der ISU Grand Prix-Saison 2009-2010 der Trophée Eric Bompard 2009 und dem Skate America 2009 zugeteilt.
Bei der Trophée Eric Bompard 2009 siegte sie im Kurzprogramm mit 76,08 Punkten vor Yukari Nakano (16,44 Punkte). Ihre drei Drehungen wurden alle als Level vier gewertet. Mit grossem künstlerischen Können gewann sie die Kür mit 133,95 Punkten. Sie gewann die Kür mit 210,03 Punkten, 36,04 Punkte vor Mao Asada. Kim stellte Weltrekorde in der Kür auf.
Beim Skate America 2009 gewann Kim erneut als Erster, das waren 17,48 Punkte mehr als Rachael Flatt. Sie erhielt +2,20 Punkte für ihre dreifache Lutz-Dreifach-Toe Loop-Kombination. Dies war die höchste jemals von der ISU vergebene Punktzahl für Sprünge im Eiskunstlauf der Damen. Auch in der Kür gewann sie aufgrund ihrer Fehler bei den Sprüngen mit 111,70 Punkten den zweiten Platz. Obwohl es eine ihrer niedrigsten Punktzahlen war, gewann sie dennoch die Kür mit 187,98 Punkten und schlug damit Rachael Flatt. Bei diesem Wettkampf stellte sie erneut einen neuen Weltrekord auf.
Ihre Siege in beiden Grand-Prix-Veranstaltungen qualifizierten sie für das Grand-Prix-Finale 2009-2010 in Tokio, Japan, im Dezember 2009. Bei der Veranstaltung belegte sie mit 65,64 Punkten den zweiten Platz im Kurzprogramm, 0,56 hinter Miki Ando. Am nächsten Tag gewann sie die Kür mit 123,22 Punkten. Aufgrund all dessen gewann Kim schließlich ihren dritten Grand-Prix-Finaltitel mit 188,86 Punkten.
Im Februar 2010 nahm Kim an den Olympischen Winterspielen 2010 teil, wo sie die Goldmedaille gewann.
Im März 2010 nahm Kim an den Eiskunstlauf-Weltmeisterschaften 2010 in Turin (Italien) teil. Kim sagte, sie habe es versucht, aber es fiel ihr schwer, an den Wettkämpfen teilzunehmen. Sie gewann den siebten Platz im Kurzprogramm mit 60,30 Punkten. Sie eröffnete mit einem dreifachen lutz-triple toe loop, hatte aber Probleme mit ihrer Drehung. Am Ende gewann sie die Silbermedaille mit insgesamt 190,79 Punkten.
Olympische Winterspiele 2010
Kim trat bei den Olympischen Winterspielen 2010 in Vancouver, Britisch-Kolumbien, Kanada, bei den Damen an.
In dem Kurzprogramm am 23. Februar machte sie eine dreifache Lutz-Dreifach-Zehenschleifen-Kombination, einen dreifachen Flip und einen doppelten Axel. Sie stellte einen neuen Weltrekord auf.
Am 25. Februar gewann sie die Kür mit einem Ergebnis von 150,06 Punkten, 18,34 Punkte mehr als Asada, die ebenfalls Zweite wurde. Kim war die einzige, die neun Punkte erhielt. Sie stellte einen neuen Weltrekord auf. Insgesamt kam Kim auf 228,56 Punkte und brach damit ihre persönliche Bestleistung und ihren eigenen alten Weltrekord um 18 Punkte. Sie gewann die Goldmedaille und war damit die erste südkoreanische Eisläuferin, die bei den Olympischen Spielen im Eiskunstlauf eine Medaille gewann. Kims Goldmedaille war die erste Medaille Südkoreas bei den Olympischen Winterspielen in einer anderen Sportart als Eisschnelllauf oder Shorttrack.