Début de carrière
Kim a commencé à patiner à l'âge de sept ans. À cette époque, son entraîneur, Ryu Jong-Hyeon, a approuvé le talent de Kim. C'est pourquoi il a demandé à la mère de Kim de continuer à apprendre à patiner, disant qu'elle deviendrait une merveilleuse patineuse artistique dans le futur.
En 2002, elle a participé pour la première fois à une compétition internationale, le Triglav Trophy, et y a remporté une médaille d'or. Un an plus tard, à l'âge de 12 ans, elle a remporté le titre senior aux championnats sud-coréens de patinage artistique. Elle est la plus jeune patineuse à avoir jamais remporté ce titre. Elle a remporté son deuxième concours international à l'Ours d'or de Zagreb.
Carrière junior
Saison 2004-2005
Au cours de la saison 2004-2005, en tant que patineuse junior, Kim a participé au Junior Grand Prix de l'UIP, qui est un complément junior au Grand Prix of Figure Skating de l'UIP. Elle a remporté une médaille d'argent à cette compétition en Chine et une médaille d'or à la compétition en Hongrie. Elle a remporté une médaille d'argent à la finale du Junior Grand Prix de 2005 avec un score global de 137,75 points.
Elle a conservé son titre de championne nationale pour la troisième année consécutive en se rendant aux Championnats du monde juniors de patinage artistique 2005. Lors de cette compétition, elle a de nouveau remporté une médaille d'argent, en obtenant 158,93 points.
saison 2005-2006
Pour la saison 2005-2006, Kim n'était pas assez âgée pour participer aux Jeux olympiques de 2006.
Elle s'est donc rendue au Junior Grand Prix 2005-2006 et a remporté les deux concours, en Bulgarie et en Slovaquie. Lors de la finale du Junior Grand Prix 2006, elle a remporté le concours en obtenant 28,34 points de plus qu'Aki Sawada, qui avait obtenu la médaille d'argent. Lors de son freeskate, elle a effectué sept triples sauts, dont un triple flip.
Lors des championnats du monde juniors de patinage artistique de 2006, elle était la rivale de Mao Asada, un patineur artistique japonais, et a remporté la médaille d'or. Lorsqu'elle a remporté cette médaille, elle avait obtenu 177,54 points.
Carrière senior
saison 2006-2007
Afin de préparer son prochain concours pour la saison 2006-2007, Kim s'est beaucoup entraînée au Skating and Curling Club de Toronto au Canada pendant l'été 2006. Elle a été entraînée par Brian Orser et David Wilson.
Kim a remporté une médaille de bronze à l'édition 2006 de Patinage Canada après avoir obtenu un score de 168,48 points. Elle a remporté le Trophée Eric Bompard 2006 avec un score de 184,54 points, 10,10 devant Miki Ando, la patineuse qui a obtenu la médaille d'argent. Ces performances ont permis à Kim de se rendre à la finale du Grand Prix à Saint-Pétersbourg, en Russie. À cette occasion, Kim a remporté la victoire avec un score de 184,20 points, soit 11,68 points de plus que Mao Asada, qui a remporté la médaille d'argent.
Kim a été contrainte d'arrêter parce qu'elle s'est blessée lors des championnats sud-coréens 2006-2007. Elle a donc dû se rendre à l'hôpital.
Kim a été choisie pour participer aux Championnats du monde de patinage artistique 2007. Lors des Championnats du monde à Tokyo, au Japon, Kim a remporté le programme court avec 71,95 points, établissant ainsi un record mondial. Elle s'est classée quatrième dans le programme long avec 114,19 points, et a terminé troisième avec 186,14 points, derrière Miki Ando et Mao Asada du Japon. Les points de Kim ont permis à deux autres Sud-Coréennes de se présenter aux Championnats du monde de patinage artistique 2008.
En mars 2007, Brian Orser est devenu le nouvel entraîneur à plein temps de Kim. Parce qu'elle aimait l'environnement d'entraînement à Toronto, Kim a fait de Toronto son lieu d'entraînement. Ses entraîneurs comprenaient à l'époque Brian Orser, Astrid Shrubb, David Wilson et Tracy Wilson.
Saison 2007-2008
Kim a débuté la saison 2007-2008 en remportant la Coupe de Chine 2007 avec un score de 180,68 points, soit 24,34 points d'avance sur Caroline Zhang, qui avait obtenu la médaille d'argent. À la Coupe de Russie 2007, Kim a remporté le programme court avec 63,50 points et le patinage libre avec 133,70 points. Elle a donc établi un record du monde pour la note de patinage libre selon le système de jugement de l'UIP. Elle a également effectué un saut flip avec boucle piquée, un saut de boucle, un saut de boucle piquée en lutz, un saut de boucle piquée en axel et un triple saut en lutz.
Elle a été autorisée à participer à la finale du Grand Prix de patinage artistique 2007-2008 à Turin, en Italie. Elle a remporté le programme court avec 64,62 points. Avec une note de 196,83 points, Kim a remporté sa deuxième finale du Grand Prix.
Kim n'a pas participé aux championnats nationaux de Corée du Sud 2007-2008 et n'a pas non plus participé aux championnats de patinage artistique des quatre continents 2008 en raison d'une blessure à la hanche. Bien qu'elle ait toujours mal au dos, elle a participé aux Championnats du monde de patinage artistique 2008 à Göteborg, en Suède. Elle s'est classée cinquième dans le programme court avec 59,85 points. Elle a obtenu 183,23 points au total, et a remporté sa deuxième médaille de bronze.
Saison 2008-2009
Kim a été affecté à Skate America 2008 et à la Cup of China Grand Prix 2008 pour la saison 2008-2009 du Grand Prix de l'UIP.
Lors du Skate America 2008, Kim s'est classée première dans le programme court avec une note de 69,50. Elle a ensuite obtenu le titre féminin en remportant le programme libre avec une note de 123,95 points. Elle a remporté l'épreuve avec 193,45 points, soit plus de 20 points d'avance sur la Japonaise Yukari Nakano, qui a remporté la médaille d'argent.
Kim a continué à remporter des médailles à la Cup of China 2008, où elle a obtenu une note de 63,64 dans le programme court et de 128,11 en patinage libre, remportant la première place dans les deux cas. La note totale a été de 191,75. Sa performance lui a permis de participer à la finale du Grand Prix of Figure Skating 2008-2009|2008-2009 Grand Prix Final.
Lors de la finale du Grand Prix 2008-2009, qui s'est tenue à Goyang, en Corée du Sud, elle a été classée première dans le programme court avec 65,94 points et deuxième en patinage libre où elle a obtenu 120,41 points. Elle a remporté la médaille d'argent avec une note totale de 186,35 points, soit 2,20 points de moins que Mao Asada, du Japon.
Kim a participé aux championnats de patinage artistique des Quatre Continents 2009 à Vancouver, au Canada. Elle a établi un nouveau record mondial de 72,24 points dans le programme court. Elle a également obtenu 116,83 points dans le programme de patinage libre, remportant ainsi la médaille d'or.
Lors des Championnats du monde de patinage artistique 2009, qui se sont déroulés à Los Angeles, aux États-Unis, elle a établi un nouveau record mondial de 76,12 points, dépassant son précédent record de près de quatre points. Elle a effectué une combinaison triple flip-triple boucle piquée, un triple saut de lutz et un double saut d'axel. Dans le même temps, elle a obtenu un niveau quatre sur toutes ses pirouettes. Elle a également remporté le programme de patinage libre, obtenant 131,59 points et faisant preuve d'une grande habileté artistique et musicale. Grâce à cela, elle a établi un nouveau record mondial de 207,71 points et a remporté son premier titre de championne du monde. Elle est devenue la première patineuse à dépasser les 200 points dans le cadre du système de jugement de l'ISU. Son score était de 16,42 points devant celui de Joannie Rochette, la femme qui a remporté la médaille d'argent. Elle est la seule concurrente à avoir obtenu des notes de huit dans les composantes du programme, à la fois dans le programme court et le patinage libre lors de la compétition. Kim était la seule patineuse dont la combinaison triple-triple a été vue par les juges dans les programmes court et libre pendant la saison 2008-2009.
saison 2009-2010
Kim a été assigné au Trophée Eric Bompard 2009 et à Skate America 2009 dans la saison 2009-2010 du Grand Prix de l'UIP.
Lors du Trophée Eric Bompard 2009, elle a remporté la première place du programme court avec la note de 76,08 points, soit 16,44 points devant Yukari Nakano. Ses trois pirouettes ont toutes été classées au niveau quatre. Faisant preuve d'une grande habileté artistique, elle a remporté le programme libre avec une note de 133,95 points. Elle a remporté l'épreuve avec 210,03 points, soit 36,04 points devant Mao Asada. Kim a établi des records du monde en patinage libre.
Lors de l'édition 2009 de Skate America, Kim a de nouveau remporté la première place, soit 17,48 points de plus que Rachael Flatt. Elle a reçu +2,20 points pour sa combinaison triple lutz-triple boucle d'orteil. Il s'agit du plus haut point jamais accordé pour les sauts par l'ISU en patinage artistique féminin. Elle a également remporté la deuxième place en patinage libre avec le score de 111,70 points, en raison de ses erreurs dans ses sauts. Bien que ce soit l'une de ses notes les plus basses, elle a quand même remporté l'épreuve avec 187,98 points, battant Rachael Flatt. Lors de la compétition, elle a encore établi un nouveau record du monde.
Ses victoires dans les deux Grands Prix lui ont permis de se qualifier pour la finale du Grand Prix 2009-2010 à Tokyo, au Japon, en décembre 2009. Lors de cet événement, elle s'est classée deuxième dans le programme court avec 65,64 points, 0,56 derrière Miki Ando. Le lendemain, elle a remporté le programme libre avec 123,22 points. Grâce à tout cela, Kim a finalement remporté son troisième titre de Finale du Grand Prix avec une note de 188,86 points.
En février 2010, Kim a participé aux Jeux olympiques d'hiver de 2010, où elle a remporté la médaille d'or.
En mars 2010, Kim a participé aux Championnats du monde de patinage artistique 2010 à Turin, en Italie. Kim a déclaré qu'elle avait essayé de participer à la compétition, mais qu'elle avait eu du mal à le faire. Elle a remporté la septième place dans le programme court avec 60,30 points. Elle a commencé avec un triple lutz-triple boucle piquée, mais a eu des problèmes avec ses pirouettes. À la fin, elle a remporté la médaille d'argent avec 190,79 points.
Jeux olympiques d'hiver de 2010
Kim a participé à l'épreuve féminine des Jeux olympiques d'hiver de 2010, qui se sont déroulés à Vancouver, en Colombie-Britannique (Canada).
Dans le programme court du 23 février, elle a réalisé une combinaison triple lutz-triple boucle d'orteil, un triple flip et un double axel. Elle a établi un nouveau record du monde.
Le 25 février, elle a remporté le patinage libre avec un score de 150,06 points, soit 18,34 points de plus qu'Asada, qui s'est également classée à la deuxième place. Kim est la seule à avoir obtenu neuf points. Elle a établi un nouveau record du monde. Au total, Kim a obtenu 228,56 points, battant ainsi son record personnel et son ancien record du monde par une marge de 18 points. Elle a remporté la médaille d'or, devenant ainsi la première patineuse sud-coréenne à remporter une médaille dans un concours de patinage artistique aux Jeux olympiques. La médaille d'or de Kim était la première médaille de la Corée du Sud aux Jeux olympiques d'hiver dans un sport autre que le patinage de vitesse ou la courte piste.