2010年任Pretaporter服装展模特，2011年任首尔服装展模特。2011年在模特界崭露头角后，被李秉宪的经纪人挖掘成为演员。

2012年1月出演MBC水木迷你剧《拥抱太阳的月亮》，饰演少年时期的金济云，正式以演员身份出道。同年5月，出演SBS水木剧《幽灵》，饰演黑客权道刑一角。

2012年出演张在仁单曲《不是其他人而是给你》的MV，饰演和张在仁一同坠入爱河的情侣。

2013年出演KBS日日情境剧《一丝的纯情》，饰演高中生崔俊英一角。同年出演SBS周末剧《热爱》，饰演少年姜武烈一角。

2014年出演朴兴识执导的电影《侠女:刀之记忆》，该电影于2014年12月上映。2014年3月出演JTBC周末连续剧《山蒜酱汤：12年后的重逢》，饰演男主人公少年时期。同年与林周焕携手出演同性恋题材电视剧《兄永堂日记》，饰演互相爱慕的兄弟中的弟弟洪彦。2014年10月30日，参演的SNS网络剧《想念，春天》在navertvcast和Let'sRunParkSeoul官方频道播出。同年出演SBS月火剧《秘密之门》，扮演剧中朝鲜英祖时期老论派的领袖人物领议政金泽的孙儿金文。

2015年，参演SBS水木剧《海德、哲基尔与我》，饰演Wonder马戏团舞台导演李恩章一角。同年，加盟电影《女教师》，饰演高中生在河。10月，出演KBS月火剧《无理的前进》，饰演后勤部社团「白虎」的部长金烈。

2016年，1月接到电影《你的名字叫蔷薇》的出演邀约。2月参演名导演金基德的新作《网》。4月出演tvN电视台新剧《傲骨贤妻》，饰演全度妍的对手。

2017年1月，参演的电影《女教师》正式上映。2月，确认出演电视剧《推理的女王》，在剧中饰演花美男派出所长。同年，参演电影《怪物们》。7月，出演网络剧《有可能知道的人》。

在电视剧《热爱》的拍摄中，李源根饰演的培根男用害羞的眼神、小心翼翼的手势和微微颤抖的语气完美地演绎了陷入一见钟情的初恋中的新鲜和紧张感。在电视剧《幽灵》中饰演的黑客充满魅力，在剧中重要的瞬间干扰作战，提高了紧张感，以压倒性的存在感获得观众的好评。