孔晓振早期作为模特出道，拍摄杂志目录、电视广告。1999年12月，孔晓振出演恐怖片《女高怪谈2：交换日记》，从而正式进入演艺圈。

2001年11月，孔晓振出演个人首部电视剧《华丽的时节》，在剧中饰演冒冒失失但内心深沉、性格开朗的“赵妍实”一角，并凭借此剧获得第38届百想艺术大赏TV部门新人演技奖和SBS演技大赏新人演技奖；12月，与张赫合作主演科幻片《火山高校》。

2002年7月，孔晓振与李奈映、杨东根共同主演爱情剧《预约爱情》，在剧中饰演棒球队啦啦队长“宋美丽”一角，并凭借此剧获得MBC演技大赏人气奖；同月，与卢举贤，河莉秀，尹恩惠等共同主演喜剧片《紧急措施19号》，在剧中饰演明白事理、坚持正义的热血青年“敏智”一角；11月，与柳承范、林恩京共同主演喜剧片《大口狗谈恋爱》；12月，与赵恩智共同主演喜剧片《奇异三人恋》，在片中饰演一个双性恋女人。

2003年1月，孔晓振主演由李昌顺执导的伦理剧《雪人》，在剧中饰演小姨子“徐妍旭”一角；9月，与郑智薰共同主演现代都市剧《尚道上学去》，在剧中饰演活泼天真、正义感十足的“崔银欢”一角，凭借此剧获得KBS演技大赏优秀女演员奖、女子人气奖和最佳屏幕情侣奖三项奖项。2005年4月，孔晓振与孔刘共同主演浪漫爱情剧SBS《饼干老师星星糖》，在剧中饰演高校女教师“罗菩堤”一角；7月，与金承佑、朴重勋、黄政民合作出演科幻动作片《天军》，在片中饰演不懂事的天才核物理学博士“金秀妍”一角。2006年5月，孔晓振主演由金泰勇执导的喜剧片《家族的诞生》，在剧中饰演极度不相信爱情的现实主义者善京。

2007年3月，孔晓振与张赫共同主演爱情剧《谢谢》，在剧中饰演单纯、开朗的单亲妈妈“李永新”一角，凭借此剧MBC演技大赏最优秀女演员奖；10月，与姜栋元、李沇熹共同主演惊悚悬疑片《爱未知》，在片中饰演性情开朗、理智的事业型女强人“恩惠”一角。2008年8月，孔晓振与林元熙、朴诗妍、黄宝拉共同主演喜剧动作片《打抱不平》；10月，与李钟赫共同主演喜剧片《胡萝卜小姐》，在片中饰演长相平平、性格又有些怪异的“杨美淑”一角，并凭借此片获得大韩民国电影大赏最佳女主角奖。2009年4月，孔晓振与申敏儿共同主演情感片《现在这样就好》，在片中饰演从小开朗乐观的“明珠”一角。

2010年1月，孔晓振与李善均共同主演爱情剧《Pasta》，在剧中饰演助理厨师“徐宥京”一角，凭借此剧获得MBC演技大赏最优秀女演员奖和最佳屏幕情侣奖；11月，与金永弼共同主演爱情片《和牛一起旅行的方法》，在片中饰演男主角朋友的妻子“贤秀”一角。2011年5月，与车胜元共同主演爱情剧《最佳爱情》，在剧中饰演过气的往年偶像派、非好感生计型艺人“具爱贞”一角，凭借在剧中的优秀表现获得第48届百想艺术大赏TV部门最佳女演员奖和MBC演技大赏迷你系列剧部门女子最优秀奖、女子人气奖及最佳屏幕情侣奖。

2012年2月，孔晓振与河正宇共同主演爱情片《爱情小说》，在片中饰演极度现实的职场女性“熙珍”一角。2013年5月，孔晓振与朴海日、尹宰文共同主演喜剧片《高龄化家族》，在片中饰演恋爱感性过强、结婚两次的小女儿“美妍”一角；8月，与苏志燮联合主演SBS奇幻爱情剧《主君的太阳》，在剧中饰演能看见鬼魂、性格稍显阴沉却不失可爱魅力的“太恭实”一角，该剧最高收视率达21.8%。

2014年7月，孔晓振与赵寅成共同主演SBS爱情剧《没关系，是爱情啊》，在剧中饰演外表看似冷漠干练，但内心充满温情对患者关心备至的医生“池海秀”一角；10月，参演话剧《教导丽塔》，饰演女主角丽塔，与曹在显任代表的公司共同合作该话剧。2015年5月，孔晓振与金秀贤、车太贤、李知恩共同主演KBS爱情剧《制作人》，在剧中饰演聪明高傲、却又搞笑的音乐节目制作人“卓艺珍”一角。

2016年8月，孔晓振与曹政奭共同主演SBS浪漫爱情剧《嫉妒的化身》，在剧中饰演为九点新闻主播位置而拼命努力的电视台气象播报员“表娜丽”一角；11月，与严智苑共同主演悬疑片《Missing：消失的女人》，在片中饰演神秘的保姆“朴韩梅”一角。2017年2月，孔晓振与李秉宪共同主演悬疑片《单身骑士》，在片中饰演前职业小提琴手“李秀珍”一角。2018年3月，孔晓振客串由苏志燮、孙艺珍主演的奇幻爱情片《现在去见你》，在片中饰演一名韩服女子；12月，与金叡园共同主演主演惊悚片《门锁》，在片中饰演单身独居的银行职员“赵京敏”一角。

2019年1月，孔晓振与柳俊烈、曹政奭等主演主演警匪动作片《逃组》，在片中饰演从广域搜查队被降职到肇事逃逸专案组的刑警“诗妍”一角；9月，与姜河那共同主演KBS爱情悬疑喜剧《山茶花开时》，在剧中饰演单身妈妈“山茶”一角，凭借此剧获得KBS演技大赏；10月，与金来沅共同主演喜剧爱情片《最普通的恋爱》，在片中饰演对爱情和恋爱的幻想不到1%的公司职员“善英”一角。

2020年9月15日，凭借电视剧《山茶花开时》获得第15届首尔国际电视节最优秀女演员奖。