< 演艺经历
1999年的某一天，在街上闲逛的她被服装公司的制作人发现后，裴斗娜从平面模特儿，到拍摄电视广告、演出戏剧及主持广播节目。而且早在裴斗娜出道初期，还是服装目录的专属模特时，即被导演王家卫看中，力邀裴斗娜到香港演艺圈发展，可惜她以时机不成熟为由而婉拒了。同年，裴斗娜被KBS电视台选定出演了第一部电视剧《学校》，获得了新秀奖。
2000年，出演奉俊昊执导的喜剧《绑架门口狗》，获得了韩国”青龙奖”最佳新人女演员奖。
2001年，出演了由郑在恩执导的新新人类生活的电影《猫咪少女》，饰演一个和周围人格格不入的可爱梦想家，获得了韩国最佳女性电影人大奖最佳演技奖、第21届韩国影评人协会奖最佳女演员奖和第38届百想艺术大奖最佳女演员奖等。 同年，主演伦理片《青春》，大胆露点和金来沅演激情床戏，该片讲述了一个关于青春的体验和性的迷茫之间的故事。
2002年，主演动作惊悚片《地铁危机》，扮演一个在地铁站以扒窃别人身上财物为生的小偷，该片以汉城地下铁作故事背景。同年，出演由朴赞郁执导的犯罪片《我要复仇》中，饰演一个迫于极端的困境而伤害自己恋人的女孩。
2003年，主演爱情喜剧《恋恋春熊》，剧中裴斗娜穿上校服，与男主角展开一段纯纯的校园恋情。
2005年，参演了由李大荣执导的《加油！金顺》，扮演一个独立坚强的家庭主妇，而且还是第一次出演年轻妈咪的形象；同年，作为特邀演员，加盟了日本影业公司投拍的青春校园片《琳达琳达》，以27岁的年纪出演高中生，该片的导演为山下敦弘。
2006年，出演影片《汉江怪物》，扮演射击运动员南珠，在剧中裴斗娜花了三个月的时间练习射箭技术，所有射箭场面她都亲历亲为，亲身上阵，获得了本届韩国电影青龙奖的“最佳女配角”提名。同年，裴斗娜接演了爱情剧《突然某一天》，扮演在日本的侨胞女漫画家山口花。
2009年，裴斗娜与ARATA、板尾创路主演了由是枝裕和执导的爱情科幻片《空气人偶》，饰演充气娃娃，该片改编自业田良家的漫画，获得日本奥斯卡优秀女主演奖。同年，裴斗娜出版了在伦敦亲自拍摄的相片和旅行所感在内的旅行摄影集《娜的伦敦之行》。
2010年，与金秀路主演了由柳贤基执导喜剧《学习之神》，饰演英语老师韩秀晶。
2012年，裴斗娜与汤姆·汉克斯、哈莉·贝瑞、休·格兰特出演了改编自大卫·米切尔的同名畅销小说的科幻片《云图》，饰演两个角色，分别是2144年首尔的克隆人和19世纪的美国人，影片讲述了从19世纪太平洋开始到文明毁灭后的未来世界里，各时代和场景下的6个故事。
2012年，与河智苑主演《朝韩梦之队》，饰演朝鲜选手，该片讲述了韩国与朝鲜的国家代表经历46日，由对立、矛盾的立场逐渐成为“Korea”团队的辛酸感人故事。
2016年，参演科幻剧集《超感猎杀第二季》。主演的电影《隧道》8月上映。
2017年，出演电影《毒品之王》。主演tvN周六周日剧《秘密之森》。出演电视剧《王国》。
2018年10月，与车太铉共同主演KBS月火剧《最完美的离婚》，饰演随性生活的妻子姜辉璐。
2020年2月6日，Netflix（奈飞）剧集《王国》第二季发布海报和新预告片，主演裴斗娜回归。
2020年，出演Netflix新剧《寂静的大海》。6月5日，主演电视剧《秘密森林2》，该剧将会于2020年8月进行放送。
2020年8月26日，据韩国媒体报道，裴斗娜将主演电影《经纪人》。
2020年将主演电视剧《王国 第三季》。
2022年，裴斗娜出演的《掮客》将上映。
< 电视剧
1998年：KBS《天使之吻》
1999年：KBS《学校（朝鲜语：학교 (드라마)）》饰演 裴斗娜
1999年：KBS《狂乱》饰演 票如如
1999年：SBS《爱情故事》饰演 英儿
2000年：KBS《RNA》饰演 世美
2000年：SBS《总是挂念》
2000年：KBS《悲伤诱惑》
2001年：MBC《妈妈姐姐》饰演 孔灿美
2001年：SBS《男与女》
2003年：MBC《野蛮少女》饰演 李银熙
2003年：KBS《迷迭香》饰演 申景舒
2005年：MBC《驿动的心》饰演 裴斗娜
2006年：OCN《有一天》饰演 山口花
2007年：SBS《遇见完美邻居的方法》饰演 郑润熙
2010年：KBS《学习之神》饰演 韩秀晶
2010年：MBC《Gloria》饰演 罗珍珍
2015年：Netflix《超感8人组》饰演 朴善
2017年：Netflix《超感8人组2》饰演 朴善
2017年：tvN《秘密森林》饰演 韩如珍
2018年：KBS《最完美的离婚》饰演 姜辉路
2019年：Netflix《尸战朝鲜》饰演 徐菲
2020年：Netflix《尸战朝鲜》第2季 饰演 徐菲
2020年：tvN 《秘密森林2》饰演 韩如珍
2021年：Netflix《寂静的大海》饰演 宋智安
< 电影
1999年：《午夜冤灵》饰演 朴恩书
2000年：《绑架门口狗》饰演 朴玄南
2000年：《青春》饰演 徐南玉
2000年：《嘻哈小姐摇滚先生》饰演 永怡
2001年：《猫咪少女（朝鲜语：고양이를 부탁해）》饰演 刘泰熙
2002年：《我要復仇》饰演 英美
2002年：《拯救老公大作战》饰演 郑锦顺
2003年：《恋恋春熊》饰演 郑贤彩
2003年：《地铁危机》饰演 宋仁庆
2005年：《琳达！琳达！》 饰演 宋同学
2005年：《茶缘》饰演 善姬
2006年：《骇人怪物》饰演 朴南珠
2009年：《空气人形》饰演 小望
2012年：《人类灭亡报告书》饰演 年长悯诩（友情出演）
2012年：《朝韩梦之队》饰演 李粉姬
2012年：《云图》饰演 星美451／媞尔达·厄文
2014年：《道熙呀（朝鲜语：도희야）》饰演 李英男
2015年：《木星上行》饰演 Razo
2016年：《失控隧道》饰演 世贤
2017年：《昌玉的信》饰演 恩雅
2018年：《毒枭》饰演 金静雅
2019年：《女孩，四绎》第一季第1集“Love Set 爱情零局”饰演 斗娜 （短篇电影）
2020年：《缘来想见你》饰演 Soo
< MV
2009年：小事乐队《冰雨》
2010年：Hot Potato《告白》（与金太祐）
2017年：DEAN《Flower Power》
< 获奖
1999年：KBS演技大赏－女子新人奖
2000年：KBS演技大赏－女子人气奖
2000年：第21届青龙电影奖－女子新人奖（绑架门口狗）
2001年：第9届春史电影赏－最佳女主角（猫咪少女）
2001年：第21届韩国电影评论家协会奖－女主角奖（猫咪少女）
2002年：第38届百想艺术大赏－电影部门 女子最优秀演技奖（猫咪少女）
2002年：第3届釜山电影评论家协会奖－女主角奖（猫咪少女）
2002年：第22届韩国电影评论家协会奖－女主角奖（我要復仇）
2006年：第9届Director's Cut Awards－年度演员奖（怪物）
2010年：第19届东京体育电影大赏－最佳女演员（空气人形）
2010年：第23届高崎电影节－最佳女演员（空气人形）
2015年：第9届亚洲电影大奖－最佳女主角（道熙啊）
2016年：第37届青龙电影奖－人气明星赏（隧道）
