Pada 2007, film keempat Lee, "Secret Sunshine", diselesaikan. Di Festival Film Cannes ke-60, film tersebut masuk kategori kompetisi dan aktris utamanya, Jeon Do-yeon, memenangkan "Prix d'interprétation féminine du Festival de Cannes". Film tersebut dirilis di bioskop Korea Selatan pada 2007, dan menjadi perwakilan Korea Selatan pada Penghargaan Akademi untuk Film Berbahasa Asing Terbaik pada 2008.