Năm 2008, Song Joong Ki lần đầu xuất hiện trong Song hoa điếm - bộ phim lấy bối cảnh triều đại Goryeo (918-1392) của đạo diễn Yoo Ha. Trong phim, nam diễn viên đóng vai No Tak, một trong những người lính trung thành của tướng Hong Lim (Jo In Sung thủ vai). Tuy ít lời thoại nhưng nhân vật của Song Joong Ki xuất hiện trong phần lớn các cảnh phim.

Theo SCMP, Song Joong Ki rất tâm đắc với tác phẩm điện ảnh đầu tay. Thời điểm đóng phim, anh chỉ vừa bước sang tuổi 22 tuổi. Nam diễn viên học hỏi được nhiều thứ từ tiền bối Jo In Sung và Joo Jin Mo. Đây cũng là một trong số ít vai diễn của tài tử sinh năm 1985 thực hiện nhiều cảnh hành động.

Năm 2010, Song Joong Ki có được vai chính trong bộ phim chu‌yện tìn‌h Sungkyunkwan. Tác phẩm truyền hình nhanh chóng trở thành "hit" cổ trang. Song Joong Ki cùng với Park Yoo Chun, Park Min Young và Yoo Ah In trở thành bộ tứ được yêu thích không kém Vườn sao băng của Lee Min Ho, Kim Bum...

Trong phim, Song Joong Ki đóng vai Geo Yong Ha, biệt danh là Nữ Lâm (người có nhiều con gái vây quanh). Sự lãng mạn, quyến rũ nhanh chóng giúp tài tử họ Song nhận được lượng người hâm mộ đông đảo. chu‌yện tìn‌h Sungkyunkwan là lương duyên của nam diễn viên. Tài tử 36 tuổi từng là sinh viên của ĐH Sungkyunkwan - bối cảnh chính của phim.

Trong bộ phim hài lãng mạn Penny Pinchers (2011), Song Joong Ki đóng vai chính Ji Woong - thanh niên tìm kiếm công việc trong tuyệt vọng. Anh được Hong Sil (Han Ye Seul đóng) giải cứu, trở thành người học việc của cô. Tuy ít phổ biến nhưng đây là bộ phim đánh dấu sự trưởng thành của tài tử trong diễn xuất. "Đây là vai diễn quyến rũ, nam tính và phức tạp nhất từ trước đến nay của anh", SCMP bình luận.

Sói (2012) là bộ phim khẳng định vị thế sao hạng A của Song Joong Ki trong lĩnh vực điện ảnh Hàn Quốc. Trong phim, anh đóng vai Chul Soo, cậu bé người sói có nguồn gốc bí ẩn được Soon Yi (Park Bo Young đóng) nhận nuôi và dạy cho hoạt động của loài người. Theo lời nam diễn viên, anh đã nghiên cứu tài liệu về thế giới động vật, nhân vật Edward Scissorhands của Johnny Depp và Gollum của Chúa nhẫn để chuẩn bị cho vai diễn.

Sói là bộ phim thành công về mặt doanh thu. Với cột mốc 4.120.000 vé, tác phẩm có mặt Song Joong Ki trở thành một trong những bộ phim điện ảnh thành công nhất mọi thời đại của Hàn Quốc. Bộ phim cũng được ra mắt tại LHP Quốc tế Toronto, Canada.

Năm 2016, Song Joong Ki tái ngộ khán giả màn ảnh nhỏ với "bom tấn" truyền hình Hậu duệ mặt trời, sau thời gian tạm dừng các hoạt động nghệ thuật vì nhập ngũ. Việc gia nhập quân đội thường khiến diễn viên bị lãng quên nhưng điều đó không xảy ra với chàng trai tuổi Sửu. Đôi diễn viên Song Joong Ki - Song Hye Kyo nhanh chóng chinh phục khán giả bằng diễn xuất ăn ý thông qua chu‌yện tìn‌h đẹp giữa đại úy Yoo Shi Jin và bác sĩ Kang.

Hậu duệ mặt trời không phải là bộ phim nặng về tâm lý, diễn xuất của Song Joong Ki cũng không quá đặc biệt. Tuy nhiên, những "phản ứng hóa học" giữa anh và Song Hye Kyo trong phim lại được người xem đánh giá cao. Bộ phim nhanh chóng trở nên nổi tiếng toàn châu Á, góp phần làm phát triển trào lưu Hallyu. Mối tình đại úy - bác sĩ cũng chính thức se duyên cho hai diễn viên chính. Tuy nhiên, họ đã ly hôn sau khoảng 2 năm chung sống.

Trong năm 2021, với phim điện ảnh Space Sweepers, tài tử 36 tuổi chọn kịch bản có nhiều vấn đề, tình tiết khá phi lý. Ở series Vincenzo, ngôi sao sinh năm 1985 chưa thể hiện được cái chất mafia cần có của nhân vật. Tuy nhiên, bộ phim mới chỉ lên sóng được 4 tập.