2004年，金玉彬被选为SEXY杂志封面模特，并在第一届界naver选美大赛获得naver奖。后来，金玉彬在

4500比1的竞争中胜出成为影片《女高怪谈4：声音》的主角，首登大屏幕并凭借此片获得了42届百想艺术大赏最佳电影新人女演员的提名。

2006年，与池贤宇、徐智惠参演水木剧《跨越彩虹》，获得MBC演技大赏PD赏。同年主演以漫画家蔡正泽的同名漫画改编而成的电影《多细胞少女》，饰演通过援助交际来支撑家庭的少女。

2007年，客串出演的《钱的战争——番外篇》，饰演金国度的恋人。

2008年，与宋康昊联袂主演爱情恐怖片《蝙蝠》，获得第42届西班牙锡切斯国际电影节最佳女主角奖，以及年度青龙奖和百想艺术大赏的最佳女主角提名。同年，与李政宰参演动作喜剧片《妓房动乱事件》，饰演台柱艺妓雪智，该片讲述了围绕明月香妓院引发的黑社会小混混之间各种斗争的故事，金玉彬获得第45届韩国百想艺术大赏最佳新人女演员奖提名。

2009年，金玉彬与高贤廷、李美淑、崔智友等合作主演纪录片《女演员们》，该片获邀参加2010年柏林电影节。同年，金玉彬在美国游学。

2010年8月，参演了由张勋执导的以朝鲜战争为背景的电影《高地战》，饰演一名朝鲜狙击手，该片讲述了停战协议马上就要签订却仍不得不与对方殊死战斗的士兵们的故事。

2011年，金玉彬与李凡秀、柳承范合作出演喜剧《借尸还魂》，饰演女骗子东花，该片讲述了三位各怀鬼胎的主人公对同一具尸体展开了激烈的争夺的故事。

2012年，金玉彬与郑在英、崔丹尼尔共同主演了由金贤锡执导的科幻悬疑片《AM 11：00》，该片由CJ娱乐投资，金玉彬饰演一位女博士。同年，自组乐团《OK PUNK》担任主唱。

2013年，与尹继尚参演了由金成载执导的电影《少数意见》，该剧讲述了在强制拆迁现场失去儿子，并被当作杀人犯逮捕的父亲的故事。同年，与严泰雄参演古装动作剧《刀与花》，饰演女主角舞英，是一个与杀父仇人的儿子坠入爱河的悲剧性角色，这是她阔别小荧幕6年后的回归之作。

2014年，金玉彬与李熙俊参演爱情犯罪剧《宥娜的街》，饰演职业小偷。

2017年，与申河均、盛骏、金瑞亨主演动作电影《恶女》。同年7月与金相庆出演悬疑电影《一级机密》。12月确定出演OCN频道新剧《小神的孩子们》。

2019年，主演tvN电视剧《阿斯达年代记》。