Dwukrotnie uczestniczyła w zimowych igrzyskach olimpijskich. W 2014 roku wzięła udział w igrzyskach olimpijskich w Soczi. Wystartowała w czterech konkurencjach i zdobyła trzy medale olimpijskie – złoty w biegu sztafetowym (wraz z nią w sztafecie pobiegły Park Seung-hi, Cho Ha-ri, Kim A-lang i Kong Sang-jeong), srebrny w biegu na 1500 m i brązowy w biegu na 1000 m. Wystąpiła też na dystansie 500 m i zajęła 14. miejsce. W jej 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, Kim A-lang i Lee Yu-bin). Shim Suk-hee zajęła ponadto 6. miejsce w biegu na 1000 m, 17. miejsce na 500 m i 29. na 1500 m.