Byeun Woo-seok estreou como modelo em 2014 antes de fazer a transição para a atuação em 2016 com aparições especiais em várias séries de TV. Em 2019, ele conseguiu seu primeiro papel importante no sageuk da JTBC Flower Crew: Joseon Marriage Agency . No ano seguinte, ele atuou ao lado de Park Bo-gum e Park So-dam na série da tvN Record of Youth . Em 2021, ele interpretou um príncipe herdeiro rebelde no sageuk da KBS2 Moonshine , que lhe rendeu o prêmio de Melhor Ator Revelação no KBS Drama Awards. Em 2022, ele apareceu no filme de drama romântico da Netflix sobre amadurecimento, 20th Century Girl , que lhe rendeu indicações de Melhor Ator Revelação no 59º Baeksang Arts Awards e no 32º Buil Film Awards. Ele foi mais uma vez indicado para Melhor Ator Revelação, desta vez no 59º Grand Bell Awards pelo filme de drama romântico Soulmate . Em 2023, ele assumiu seu primeiro papel de vilão na série de alta audiência da JTBC, Strong Girl Nam-soon . Em 2024, sua popularidade aumentou após estrelar o drama romântico de viagem no tempo, Lovely Runner , da tvN, ao lado de Kim Hye-yoon.

Byun Woo-seok já havia completado seu serviço militar obrigatório antes de sua estreia.