2009年，凭借电影《旅行者》出道，该片入围了戛纳国际电影节。2010年，与元斌合作电影《大叔》，凭借该电影，金赛纶获得第19届釜山电影节新人女子演技奖。

2011年首次参演电视剧，在《你能听到我的心吗？》中饰演黄静茵童年；同年，出演电影《我是爸爸》、电视剧《天上花园-GOMBE岭》 。

2012年出演电影《邻居》，在影片中扮演金允珍的女儿，此外还将扮演与其女儿长相非常相似的一名少女，这也是金赛纶首次挑战一人分饰二角的演技，而后参演电影《芭比》，饰演顺英；同年3月出演电视剧《时尚王》，饰演女主角申世京的童年；6月出演电视剧《需要浪漫2012》，饰演男主角的妹妹；10月出演电视剧《妈妈是什么》，饰演一个想快点长大的可爱的孩子；11月以声音客串出演《想你》，担当剧中被害少女崔宝拉的旁白。

2013年6月出演电视剧《女王的教室》，凭借该剧，金赛纶获得2013年MBC演技大赏童星奖；9月，金赛纶参演电影《道熙啊》，饰演道熙。

2014年参演电影《万神》，饰演儿时的金锦花；4月接拍电视剧《High School: Love On》，饰演李瑟菲一角，该剧将于7月11日在韩国KBS电视台播出；11月11日，凭借影片《道熙啊》入围第51届韩国电影大钟奖最佳新人女演员奖；同月作为女主人公出演男组合5urprise新曲MV。12月17日，获得第35届青龙电影节最佳新人女演员奖。同时凭借影片《道熙啊》再次出席戛纳电影节。

2015年4月获得51届百想艺术大赏最佳女主角奖提名。8月出演MBC电视台新网剧《To be Continued》。同年出演MBC电视剧《华丽的诱惑》，饰演女主人公申恩秀的童年时期。9月20日，凭借电影《道熙呀》在第35届黄金摄影奖获得最佳新人女演员奖。10月5日下午，出席第36届韩国青龙电影节“印手印”活动。从11月21日开始，金珉载和金赛纶主持《Show！音乐中心》，成为固定主持人。

2016年5月，与尹施允共同主演JTBC古装新剧《魔女宝鉴》，饰演因诅咒变成白发魔女的公主睿莉。6月18日，金赛纶出席了中国上海国际电影电视节上《双生》的制作发表会，正式宣告进军中国中国市场，该电影由金振诚执导的悬疑片，由韩国与中国携手拍摄，演员阵容则网罗了韩国(金赛纶、延俊锡)、中国(刘昊然、陈都灵、赵芮)、日本(萩原实里、成田凌)等人共襄盛举。10月7日，金赛纶凭借《魔女宝鉴》中优秀的演技表现，获得第9届韩国电视剧节女子新人奖。11月14日，金赛纶正式签约YG娱乐，与李钟硕等成同门，YG娱乐发表官方声明，“很高兴能够与拥有出色演技和个性魅力的金赛纶成为一家人，今后将大力支持她在各个方面的成长”。

2017年，主演电影《雪路》。参演电影《呆货》。