赵伦熙在高二的时候在路上被星探发掘，开始当模特而出道，出道初 期担任了多部MV中的女主角。2002年7月，参演第一部SBS情景剧《orange》 。2003年，赵伦熙与金宝城、李宗元、崔柱峰主演喜剧电影《最后的晚餐》，饰演追求名牌物品的少女李在兰 。同年，担任了Olympus的广告模特。2004年，参演由李在祥执导的爱情片《白雪公主》，饰演美奈子 。同年，参演科幻爱情片《蝴蝶》 。此外，还与张东健、元斌出演了战争片《太极旗飘扬》 。2006年，出演青春偶像剧《爱情谁也挡不住》，饰演希贞的妹妹姜希秀 。2008年3月，赵伦熙与金清、金东旭、郑承浩共同主演爱情片《同居，同乐》，该片讲述了一对母女愉快的绯闻故事 。5月，与池珍熙、孙艺珍出演由金道熏执导的时装剧《聚光灯》，饰演记者蔡明恩 。2009年8月，赵伦熙与全慧彬、郑康云主演恐怖剧《2009传说中的故乡》，饰演尚宪的初恋情人美香，该剧讲述韩国古代的恐怖传说 。9月，参演家庭喜剧《你笑了》。10月，与朴海镇、蔡贞安主演了由池炳宪执导的现代剧《热血商人》，饰演保险公司职员闵多惠 。2010年，赵伦熙与李泰坤主演家庭伦理剧《黄金鱼》，饰演韩庆山女儿韩志敏，凭借该剧获得2010MBC演技大奖女新人奖 。2011年，与尹恩惠、姜至奂、洪秀贤出演爱情喜剧《对我说谎试试》，饰演玄奇俊的前女友吴允珠 。2012年2月，赵伦熙与金南珠、刘俊相出演由导演金亨硕执导与编剧朴智恩联手打造的爱情喜剧片《顺藤而上的你》，饰演严清爱的二女儿房二淑，凭借该剧获得2012年KBS演技大赏最佳女配角赏和最佳情侣赏（与李熙俊） 。4月，客串由柳承范、金康宇主演的科幻喜剧电影《人类灭亡报告书》，饰演天上的造化之物智恩 。8月，出演由由金洪宣导演执导，任昌丁、崔丹尼尔主演的犯罪惊悚电影《共谋者》，饰演唯一看过崔丹尼尔失踪妻子的人幼梨 。 2013年2月，赵伦熙与郑糠云、崔元英主演韩国首部网络短剧《爱在记忆中》，饰演网页设计师贤珠 。3月，与李阵郁主演了由金炳秀执导的悬疑爱情剧《九回时间旅行》，饰演CBM电视台5年资历的记者周敏英，凭借该剧获得第6届韩国电视剧赏女子最优秀奖 。6月，与金载沅主演复仇悬疑剧《丑闻》，饰演26岁的普通小妞禹雅美 。2014年3月，签约KingKong Entertainment经纪公司 。11月，与徐仁国主演以朝鲜宣祖和光海君时代为背景的历史古装剧《王的面孔》，饰演金斗书女儿金佳熙，同时被光海和宣祖所深爱 。12月，与金宇彬、李玹雨主演动作犯罪片《技术者们》，饰演美术馆女职员恩夏 。2015年3月，出演古装爱情片《朝鲜魔术师》，饰演言善辩、精于针灸的妓女宝音 。5月，客串出演由金秀贤、孔孝真主演的kbs金土剧《制作人》，饰演《演艺家中介》PD、男主白承灿暗恋的学姐申海珠 。9月，搭档刘海镇、李准共同主演喜剧电影《luck key》，饰演帮助主人公亨旭找回记忆的急救员丽娜 。2016年3月，搭档申河均主演tvN电视台电视剧《吹笛人》，饰演隶属首尔地方警察厅危机谈判小组的汝明夏 。6月，搭档李东健主演KBS电视台周末剧《月桂树西装店的绅士们》，饰演梦想成为韩国顶级裁缝师的西装店技术人员罗妍实 。