Doona Bae se ha convertido en un nombre muy conocido en Corea en poco tiempo y ha recibido un gran reconocimiento internacional por su trabajo en el cine y la televisión. Para Bae, "El atlas de las nubes" es el primer largometraje de habla inglesa.
En el año 2000 recibió un premio Blue Dragon a la mejor actriz debutante por su papel en "Barking Dogs Never Bite (Perro ladrador, poco mordedor)", del director Bong Joon-ho. Su trabajo en el cine incluye papeles principales en "Take Care of My Cat", dirigida por Jung Jae-un, y el filme de Park Chan-wook "Sympathy for Mr. Vengeance", gracias a las cuales recibió varios premios en diferentes festivales de cine y el premio AKOFIC a la mejor actriz en los años 2001 y 2002. Asimismo, recibió el Directors Cut Award a la mejor actriz del año por su actuación en "Sympathy for Mr. Vengeance" en 2002 y de nuevo en 2006 por "The Host", del director Bong Joon-ho.
Bae también interpretó papeles principales en los largometrajes japoneses "Linda, Linda, Linda", dirigida por Nobuhiro Yamashita, y "Air Doll (Muñeca de aire)", de Koreeda Hirokazu, por la que, en 2010, recibió un galardón de la Academia de Cine Japonesa a la mejor actriz e igualmente, en esa misma categoría, un Tokyo Sports Movie Award, un premio del Festival de Cine de Takasaki y un Japan Professional Film Award.
Bae, que ya gozaba de un reconocimiento como modelo en el sector de la moda coreano, debutó en la gran pantalla con el largometraje "Ring" y a continuación interpretó el papel principal de la serie de televisión coreana "The School".