2000年，通过化妆品广告出道，开始以广告模特进行活动。 2001年，开始做《iecole》、《Cindy》、《Graffiti》等杂志模特。2002年，出演曹奎灿的《彩虹》MV 。2003年，出演韩素丽的《一个女孩的爱情故事》MV，并开始拍摄电视广告。2004年，在处女作《阿罗汉掌风大作战》中出演了一个不小的角色，获得第41届大钟奖和第25届青龙奖女新人奖的提名。该片根据韩国漫画改编，讲述了一批古老隐秘的武术大师之间发生的奇幻故事 。此后，尹素怡出演电视剧《说你爱我》，与金来沅演绎了一段潇洒的爱情故事。这也是她的电视剧处女作，获得了MBC演技大赏的新人赏提名 。2005年，主演喜剧片《站前的明洙》，饰演对那些以不正当的手段获取名和利的人们进行报复的记者吴顺姬，在片中第一次表演醉戏。随后，尹素怡又与李瑞镇、申贤俊等合作出演了以渤海时代为背景的武侠动作片《无影剑》，饰演一身英姿飒爽、利落扮相的燕素河 。2006年，尹素怡与千正明、李在龙出演了以“人原本是美丽的”为主题的电视剧《再见，独奏》，饰演在单亲家庭中成长的郑秀熙。2007年，出演了“家庭互助月”的特辑剧《我们几种幸福的问题》，扮演了一个李善载偶遇的女人。随后，她又出演了一部周日档午夜剧《拍卖场》，饰演了一个聪明、上进、自信，又有些贪财的 拍卖公司职员车妍秀 。2008年，尹素怡与李镇旭、金承秀主演爱情家庭剧《玻璃之城》，饰演努力不懈的电台女主播郑敏珠，剧中不顾形象滚泥巴、晒太阳。尹素怡为了诠释主播的角色，特别去学习主播的发音声调和新闻报导等 。8月，在拍戏时突然下巴脱臼，但时隔两天之后继续拍片工作。2009年，尹素怡担任了加平郡Ecopia亲善大使。3月底，在首尔春季时装周中与金智锡一起担任主秀模特。8月中旬，尹素怡去到了非洲刚果的一个村落，在那里与村民们度过了她“一生中最神圣的10天”。9月初，参加了SBS《希望TV》的录制。11月初，因爱情剧《Hero》原女主角金敏贞拍戏不慎受伤辞演，后尹素怡接替其与李准基领衔主演该剧，该剧讲述了热情青年与不合理现象斗争的幽默英雄故事 。2010年，尹素怡离开电影银幕5年之后，与朴载正主演了关于前世今生的爱情片《我们见过吗》，扮演一个可爱，充满自信，以警校第一名的成绩毕业的优秀警察和悲情人物姻雨，获得2011年第一届亚洲彩虹奖最佳女主角的提名，该片是2010年富川梦幻国际电影节作为参展片上映的 。4月中旬，尹素怡参加在上海开幕的“F1大奖赛”，主要是为了引起国民对将于10月22日在全罗南道灵岩举行F1比赛的兴趣而专程到那里拍摄两部纪录片。5月，尹素怡与吴智昊参演了T-MAX 的专辑中《可以说的话》MV，两人在MV中要组合成一对梦幻情侣。2011年4月，尹素怡与金桢勋搭档出演3D立体电影《碧泪钏（意为绿色眼泪的手镯）》，饰演善德女王，该片将作为“2011年庆州世界文化博览会”影像环节的主题影像展示。7月，与池昌旭、俞承豪出演了由漫画家李在宪的漫画改编的武侠历史剧《武士白东秀》，扮演在义贼山寨里有着活泼性格，自信的，守护着正义的黄珍珠，该剧讲述朝鲜朝英祖和正祖时期侠客白东修的故事 。2013年，参演由表民洙执导的谍战动作片《IRIS 2》，该片讲述国家情报机关NSS与神秘武装组织IRIS斗智斗勇的故事 。2014年，在爱情片《天上女人》里，尹素怡上演了一出为了报复颠覆姐姐人生的男人，而选择成为恶魔复仇的天使复仇记 。同年，与方力申出演悬疑惊悚片《三更车库》，这是她第一次和中国团队合作，饰演女白领丽莎 。