2011-15: Debyytti ja uran alku
Kai esiteltiin ensimmäisenä Exo-jäsenenä virallisesti yleisölle 23. joulukuuta 2011. Hän teki ensimmäisen televisioesiintymisensä yhdessä muiden EXO-jäsenten Luhanin, Chenin ja Taon sekä muiden SM Entertainmentin artistien kanssa vuodenvaihteen musiikkiohjelmassa SBS Gayo Daejeonissa 29. joulukuuta 2011. Ryhmä debytoi virallisesti huhtikuussa 2012 ja on sittemmin saavuttanut merkittävää suosiota ja kaupallista menestystä.
Lokakuussa 2012 Kai osallistui Younique Unit -nimiseen promootioryhmään yhdessä levy-yhtiötovereiden Eunhyukin, Henryn, Hyoyeonin, Taeminin ja Luhanin kanssa. Ryhmä julkaisi singlen nimeltä ”Maxstep” osana SM Entertainmentin ja Hyundain yhteistyötä. Myöhemmin joulukuussa 2012 hän liittyi SM The Performance -tanssiryhmään yhdessä kollegansa Layn, TVXQ:n Yunhon, Super Juniorin Eunhyukin ja Donghaen sekä Shineen Minhon ja Taeminin kanssa. Ryhmä esiintyi ensimmäisen kerran SBS Gayo Daejeon -tapahtumassa 29. joulukuuta ja esitti singlensä ”Spectrum”. Single julkaistiin virallisesti seuraavana päivänä. Elokuussa 2014 Kai esiintyi Shinee-jäsen Taeminin debyyttialbumin kappaleessa ”Pretty Boy”.
2016-2019: Näyttelijänura ja SuperM
Tammikuussa 2016 hän teki virallisen näyttelijädebyyttinsä miespääosassa verkkodraamassa Choco Bank, joka saavutti ennätykselliset katsojaluvut. Joulukuussa 2016 hän näytteli kahdessa jaksossa erikoisnettidraamaa 7 First Kisses, jonka tuotti Lotte Duty Free.
Tammikuussa 2017 Kai ilmoitti näyttelevänsä miespääosaa KBS:n teinidraamassa Andante, jossa hän näyttelee lukiolaista. Helmikuussa 2017 hänet valittiin japanilaiseen draamaan Spring Has Come, joka perustuu samannimiseen japanilaiseen romaaniin. Draama on ensimmäinen kerta, kun ei-japanilainen näyttelijä ottaa pääroolin yleisradioyhtiö Wowowin tuottamassa draamassa.
Joulukuussa 2017 Kai valittiin kodittomien auttamisesta tunnetun The Big Issue -lehden joulukuun numeron kansikuvamalliksi. Lehteä myytiin loppuun 20 000 kappaletta kahden ensimmäisen päivän aikana, ja tähän mennessä sitä on myyty 80 000 kappaletta, mikä on ennätyksellisesti suurin myyty määrä sitten lehden perustamisen heinäkuussa 2010. Vuonna 2018 Kai näytteli KBS:n melodraamassa The Miracle We Met.
7. elokuuta 2019 Kai vahvistettiin jäseneksi SuperM:ään, joka on SM Entertainmentin yhteistyössä Capitol Recordsin kanssa luoma ”K-pop supergroup”. Ryhmän promootiot on tarkoitus aloittaa lokakuussa, ja ne on suunnattu Amerikan markkinoille. Kai on valittu ensimmäiseksi Gucci Eyewear Men Global Ambassadoriksi Koreassa. SuperM debytoi ryhmän samannimisellä debyytti-EP:llä 4. lokakuuta 2019.
2020-nykyisin: Soolodebyytti
SM Entertainment ilmoitti 3. heinäkuuta 2020, että Kain ensimmäinen sooloalbumi on parhaillaan tuotannossa ja sen on tarkoitus ilmestyä vuoden 2020 jälkipuoliskolla. Lokakuun 12. päivänä ilmoitettiin, että hänestä on tullut kosmetiikkamerkki Bobbi Brownin kaikkien aikojen ensimmäinen miespuolinen muusa. Marraskuun 1. päivänä Kai esiintyi Hyundai Motorsin ja SM Entertainmentin yhteistyössä järjestämässä ”TUCSON Beyond Drive” -nettinäytöksessä, jossa hän esitti K-popia ja AR-teknologiaa yhdistelevän musiikkiesityksen nimeltä ”Follow Your Hidden Light”.
Marraskuun 30. päivänä Kai julkaisi debyyttinsä laajennetun näytelmän Kai (开) ja sen pääsinglen nimeltä ”Mmmh”, ja hänestä tuli viidenneksi Exo-jäseneksi, joka debytoi sooloartistina.