2004年，年仅9岁的沈恩京出演电视剧《想结婚的女人》，饰演幼时的“李欣宜”，从此进入演艺圈

2006年，凭借出演《黄真伊》获得第7届KBS演技大赏青少年演技赏；2008年，凭借出演《太阳的女子》获得第9届KBS演技大赏青少年演技赏。

2008年至2010年，她以配角的身份出演了多部电影，凭借电影《你好杀人犯》分别获得第47届韩国百想艺术大赏和第47届韩国电影大钟奖最佳新人女演员提名；凭借电影《竞猜王》获得第31届韩国青龙电影奖最佳新人女演员提名；2010年9月，沈恩京赴美国留学。

2011年，沈恩京首次以主角的身份出演《阳光姐妹淘》，共737万观影人次，位列2011年韩国票房第2位，她也凭借这部电影的演出提名韩国电影大钟奖最佳女主角，但在颁奖礼之前，她的名字在提名名单上被剔除，对此沈恩京在个人推特上表

达了不满，认为评委会取消她的提名是因为她不能出席颁奖礼。当时沈恩京正在美国读高中，无法回国参加颁奖礼。最后沈恩京凭借《浪漫天堂》获得大钟奖最佳女配角奖，由好友千禹熙代领。

2012年，沈恩京利用假期回国出演了《光海，成为王的男人》；2013年，沈恩京结束在美国的学业，返回韩国，拍摄电影《奇怪的她》。

2014年，沈恩京主演电影《奇怪的她》，电影观影人次突破865万人，成为韩国史上第二卖座的喜剧片；3月19日，凭借此片获得第19届春史电影节最佳女主角奖；5月27日，获得第50届百想艺术大赏电影部门最佳女主角；6月19日，出席第18届富川国际奇幻电影节发布会，接受这届电影节的大使任命；7月17日，获得第18届富川国际奇幻电影节奇幻奖；8月14日，获得第10届堤川国际音乐电影节的演员奖；8月15日，获得第17届韩国电影导演选择奖的最佳女演员；10月3日，获得第23届韩国釜日电影奖最佳女主角；10月13日，主演KBS月火剧《明日如歌》，饰演天才钢琴少女“薛明日”。

2015年上半年出演惊悚片《等着你》，下半年出演犯罪动作片《被操纵的城市》，以及古装电影《合婚》，描述男女关系的浪漫历史喜剧。