Choi Woo-sik migrou para o Canadá ainda jovem, mas em 2011, enquanto ele era um júnior na Simon Fraser University, então com 21 anos, ele voltou para a Coréia do Sul para fazer testes.

Ele fez sua estréia como ator em um pequeno papel no drama de época The Duo (2011). O jovem ator continuou a desempenhar papéis coadjuvantes em séries coreanas até estrelar seu primeiro papel principal no filme independente Set Me Free (2014), pelo qual ganhou o prêmio de Ator do Ano no Festival Internacional de Cinema de Busan e o de Melhor Novo Ator. no Blue Dragon Film Awards. Choi ganhou reconhecimento internacional quando co-estrelou com Yoo Gong e Dong-seok Ma no thriller de sucesso Zombie Station: Train to Busan (2016) e no filme de ação e aventura da Netflix Okja. Em 2019 é um dos protagonistas do filme vencedor da Palma de Ouro no Festival de Cinema de Cannes Parasita, do diretor Bong Joon-ho.

Em 2021, Choi está no elenco do drama Our Beloved Summer ao lado de Kim Da-mi. Esse será seu retorno à telinha após 4 anos desde 2017.