1999年的某一天，裴斗娜街上闲逛的她被服装公司的制作人发现后，从此称为平面模特儿。其实早在裴斗娜出道初期，就曾被导演王家卫看中，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。当她凭借《绑架门口狗》获得青龙奖最佳新人女演员奖时，她才20岁。

身为豪门千金，裴斗娜行为却十分大胆，她演过不少被标属“情色”的电影，2000年，21岁的她出演了《青春》。《青春》是一部很直率地讲述韩国农村青年性觉醒的情爱电影，片中，她全裸出镜，而且还有很多大尺度场面。

她曾坦白，拍这部电影时因为拍床戏而有耻辱感。“作为女人，拍摄这样的镜头不是一件容易的事情，但我实在不想错过这个期待已久的角色。”此外，裴斗娜还语出惊人，她表示“有很多裸戏的电影《青春》就是妈妈劝我演的。”

由于接拍了大量的文艺片，裴斗娜曾一度称为票房毒药，然而，她凭借《汉江怪物》打了一个翻身仗。《汉江怪物》成为韩国史上最卖座的电影之一。裴斗娜和其他的女星不同，出演的电影几乎都是素颜上阵。

2013年裴斗娜参演的《云图》上映，这让她的国际声望达到了顶峰。在《云图》中裴斗娜饰演了三个角色，其中克隆人“星美451号”是整部电影错综复杂的故事线中最重要的角色之一。不过，裴斗娜说表示“比起成为大家眼中的好女人，更想成为一名好演员。”

拍摄完《云图》后，裴斗娜更收获了爱情，她承认了与好莱坞男星吉姆·斯特吉斯（JimSturgess）的恋情，成为现实中的荧幕情侣。