잡지 표지모델 출신으로 KBS에서 방영된 <학교 4>의 모범생 오혜라 역으로 얼굴을 알리기 시작. 영화 <피아노 치는 대통령>에서 안성기의 딸로 출연하기도 했으나, 본격적으로 주목을 받기 시작한 것은 정지운 감독의 <장화, 홍련> 부터 이다. 죽은 동생의 환영에 시달리는 창백한 얼굴의 수미는 무심한 듯 예민해 보이는 임수정에게 적역이었다는 평가였다. 그 후 소지섭과 함께 한 KBS 드라마 <미안하다 사랑한다>가 큰 사랑을 받으며 최고의 인기를 구가하고 있다.
[필모그래피]
피아노 치는 대통령(2002)|주연배우 ...ing(2003)|주연배우 장화 홍련(2003)|주연배우 새드무비+10분단편(2005)|주연배우 새드무비(2005)|안수정 각설탕(2006)|시은 싸이보그지만 괜찮아(2006)|자기가 싸이보그라고 생각하는 차영군 싸이보그지만 괜찮아(디지털상영)(2006)|차영군 행복(2006)|은희 전우치(2008)|주연배우
<죽이는 이야기><행복한 장의사><거짓말(1999)><네 멋대로 해라><정글 쥬스><이 공을 받아줘><이공><장님은 무슨 꿈을 꿀까요><내 생애 가장 아름다운 일주일><세번째 시선><그놈 목소리><작은 연못><키친><더 테러 라이브><허삼관><인간중독><희생부활자><로봇, 소리><시인의 사랑> 등에 출연하였으며, 2015년 <사도>로 36회 청룡영화상 여우조연상, 2017년 <불한당>으로 37회 한국영화평론가협회상 여우조연상을 수상하였다.