Dwukrotnie uczestniczyła w zimowych igrzyskach olimpijskich. W 2014 roku wzięła udział w igrzyskach olimpijskich w Soczi. Wystartowała w czterech konkurencjach – zdobyła złoty medal olimpijski w biegu sztafetowym (wraz z nią w sztafecie pobiegły Park Seung-hi, Cho Ha-ri, Shim Suk-hee i Kong Sang-jeong), ponadto zajęła 10. miejsce w biegach na 500 m i 1000 m oraz 13. miejsce na dystansie 1500 m. W drugim starcie olimpijskim, w 2018 roku na igrzyskach w Pjongczangu, zaprezentowała się w tych samych konkurencjach co w Soczi. W biegu sztafetowym Koreanki ponownie zostały mistrzyniami olimpijskimi (w sztafecie poza Shim Suk-hee pobiegły Choi Min-jeong, Kim Ye-jin, Shim Suk-hee i Lee Yu-bin). Kim zajęła ponadto 4. miejsce w biegu na 1500 m, 5. miejsce na 1000 m i 19. na 500 m.