2011-15: Debut a začátky kariéry
Kai byl prvním členem skupiny Exo, který byl 23. prosince 2011 oficiálně představen veřejnosti. Své první televizní vystoupení absolvoval spolu se svými kolegy z EXO Luhanem, Chenem a Tao a dalšími umělci ze SM Entertainment v hudebním programu SBS Gayo Daejeon na konci roku 29. prosince 2011. Skupina oficiálně debutovala v dubnu 2012 a od té doby získala značnou popularitu a komerční úspěch.
V říjnu 2012 se Kai zúčastnil propagačního vystoupení skupiny Younique Unit po boku kolegů ze studia Eunhyuk, Henry, Hyoyeon, Taemin a Luhan. Skupina vydala v rámci spolupráce společností SM Entertainment a Hyundai singl s názvem „Maxstep“. Později v prosinci 2012 se připojil k taneční skupině SM The Performance spolu s kolegou Layem, Yunhem z TVXQ, Eunhyukem a Donghaem ze Super Junior, Minhem a Taeminem ze Shinee. Skupina poprvé vystoupila 29. prosince na akci SBS Gayo Daejeon a předvedla svůj singl „Spectrum“. Singl byl oficiálně vydán následující den. V srpnu 2014 se Kai objevil v písni „Pretty Boy“ z debutového alba člena Shinee Taemina.
2016-2019: Herecká kariéra a SuperM
V lednu 2016 oficiálně debutoval jako hlavní mužská role ve webovém dramatu Choco Bank, které dosáhlo rekordní sledovanosti. V prosinci 2016 si zahrál ve dvou epizodách speciálního webového dramatu 7 First Kisses, které produkovala společnost Lotte Duty Free.
V lednu 2017 bylo oznámeno, že Kai bude hrát hlavní mužskou roli v teenagerském dramatu KBS Andante, kde bude hrát středoškoláka. V únoru 2017 byl obsazen do japonského dramatu Spring Has Come, natočeného podle stejnojmenného japonského románu. Toto drama je prvním případem, kdy se hlavní role v dramatu produkovaném vysílací stanicí Wowow ujímá nejaponský herec.
V prosinci 2017 byl Kai vybrán jako model obálky prosincového čísla časopisu The Big Issue, který je známý pomocí bezdomovcům. Během prvních dvou dnů se prodalo 20 000 výtisků časopisu a do dnešního dne se prodalo 80 000 výtisků, což je rekordní počet prodaných výtisků od začátku vydávání časopisu v červenci 2010. V roce 2018 byl Kai obsazen do melodramatu The Miracle We Met od KBS.
7. srpna 2019 bylo potvrzeno, že Kai je členem SuperM, „K-popové superskupiny“ vytvořené společností SM Entertainment ve spolupráci s Capitol Records. Propagace skupiny má začít v říjnu a je zaměřena na americký trh. Kai byl vybrán jako první globální ambasador značky Gucci Eyewear Men v Koreji. Skupina SuperM debutovala 4. října 2019 debutovým EP s vlastním názvem
2020-současnost: Sólový debut
3. července 2020 společnost SM Entertainment oznámila, že Kaiovo první sólové album je v současné době ve výrobě a jeho vydání je plánováno na druhou polovinu roku 2020. Dne 12. října bylo oznámeno, že se stal vůbec první mužskou múzou kosmetické značky Bobbi Brown. 1. listopadu se Kai objevil na online přehlídce „TUCSON Beyond Drive“, která vznikla ve spolupráci společností Hyundai Motors a SM Entertainment, kde předvedl hudební vystoupení s názvem „Follow Your Hidden Light“, které kombinuje k-pop a technologii rozšířené reality.
30. listopadu Kai vydal svou debutovou prodlouženou hru Kai (开) a její hlavní singl „Mmmh“, čímž se stal pátým členem Exo, který debutoval jako sólový zpěvák.