Op nationaal niveau is Lee tweevoudig Zuid-Koreaans kampioene sprint, drievoudig nationaal kampioene 500 meter en tweevoudig nationaal kampioene 1000 meter. Op internationaal niveau is ze sinds begin 2005 ook een factor van betekenis. Op de Olympische Winterspelen van Turijn haalde ze een 5e plaats op de 500 meter en de 19e op de 1000 meter. Bij de ploegenachtervolging op het WK junioren 2002 behaalde ze samen met haar teamgenoten Lee Ju-youn en Noh Seon-yeong een bronzen medaille. Individueel haalde ze bij dit kampioenschap ook brons. Ze won de 500m en werd tweede op de 1000m.
In 2010 beleefde Lee een bijzonder goed jaar, na in Obihiro wereldkampioene sprint te zijn geworden, werd ze een maand later in Vancouver Olympisch Kampioen op de 500 meter.
Nadat Lee op de wereldkampioenschappen schaatsen afstanden 2012 in Heerenveen wereldkampioene was geworden, begon ze ook het seizoen 2012/2013 sterk. Op 20 januari 2013 reed ze in 36,80 in Calgary een wereldrecord op de 500 meter. Later dat jaar scherpte ze nog driemaal het wereldrecord op de 500 meter aan, eenmaal in Calgary en tweemaal in Salt lake city. Ze kwam op 16 november in Salt Lake City tot 36,36. Voor de WK Sprint 2016 kreeg Lee geen startbewijs omdat ze afwezig was bij de nationale kampioenschappen.