2001年李多海参加第七十一届“春香小姐”选拔大赛，获得冠军后进入演艺圈。2004年出演家庭剧《花王仙女》，获得百想艺术大赏最佳女新人奖。2005年，3月出演电视剧《绿蔷薇》，渐为人知；12月在韩剧《我的女孩》中饰演古灵精怪的女主角周幼琳，走红亚洲。相继主演韩剧《Hello小姐》、《不汗党》、《伊甸园之东》。

　　2010年李多海主演的古装剧《推奴》掀起收视狂潮并荣获多个奖项。2011年转型出演《再见雷普利小姐》中饰演野心女张美里。获得第19届大韩民国文化演艺大赏最优秀演技奖。2012年在内地偶像剧《爱的蜜方》中饰演乔之夏，获得了乐视影视盛典人气女演员奖。2014年与李东旭时隔八年再次合作《Hotel king》。2015年与2016年之间接演内地电视剧《最佳情侣》、《我的女神我的妈》。

　　2017年李多海在韩国KBS 2TV主持综艺节目《寄宿房的女儿们》。节目将于2017年2月14日晚11点10分（韩国时间）首播。