1999年的某一天，在街上閑逛的她被服裝公司的制作人發(fā)現(xiàn)后，裴斗娜從平面模特兒，到拍攝電視廣告、演出戲劇及主持廣播節(jié)目。而且早在裴斗娜出道初期，還是服裝目錄的專屬模特兒時(shí)，即被導(dǎo)演王家衛(wèi)看中，力邀裴斗娜到香港演藝圈發(fā)展，可惜她以時(shí)機(jī)不成熟為由而婉拒了。同年，裴斗娜被KBS電視臺(tái)看中，出演了第一部電視劇《學(xué)�！�，獲得了新秀獎(jiǎng)。

2000年，出演奉俊昊執(zhí)導(dǎo)的喜劇《綁架門口狗》，獲得了韓國”青龍獎(jiǎng)”最佳新人女演員獎(jiǎng)。

2001年，出演了由鄭在恩執(zhí)導(dǎo)的新新人類生活的電影《貓咪少女》，飾演一個(gè)和周圍人格格不入的可愛夢想家，獲得了韓國最佳女性電影人大獎(jiǎng)最佳演技獎(jiǎng)、第21屆韓國影評(píng)人協(xié)會(huì)獎(jiǎng)最佳女演員獎(jiǎng)和第38屆百想藝術(shù)大獎(jiǎng)最佳女演員獎(jiǎng)等。同年，主演倫理片《青春》，大膽露點(diǎn)和金來沅演激情床戲，該片講述了一個(gè)關(guān)于青春的體驗(yàn)和性的迷茫之間的故事。

2002年，主演動(dòng)作驚悚片《地鐵危機(jī)》，扮演一個(gè)在地鐵站以扒竊別人身上財(cái)物為生的小偷，該片以漢城地下鐵作故事背景。同年，出演由樸贊郁執(zhí)導(dǎo)的犯罪片《我要復(fù)仇》中，飾演一個(gè)迫于極端的困境而傷害自己戀人的女孩。

2003年，主演愛情喜劇《戀戀春熊》，劇中裴斗娜穿上校服，與男主角展開一段純純的校園戀情 。

2005年，參演了由李大榮執(zhí)導(dǎo)的《加油!金順》，扮演一個(gè)獨(dú)立堅(jiān)強(qiáng)的家庭主婦，而且還是第一次出演年輕媽咪的形象;同年，作為特邀演員，加盟了日本影業(yè)公司投拍的青春校園片《琳達(dá)琳達(dá)》，以27歲的年紀(jì)出演高中生，該片的導(dǎo)演為山下敦弘。

2006年，出演影片《漢江怪物》，扮演射擊運(yùn)動(dòng)員南珠，在劇中裴斗娜花了三個(gè)月的時(shí)間練習(xí)射箭技術(shù)，所有射箭場面她都親歷親為，親身上陣，獲得了本屆韓國電影青龍獎(jiǎng)的“最佳女配角”提名。同年，裴斗娜接演了愛情劇《突然某一天》，扮演在日本的僑胞女漫畫家山口花。

2009年，裴斗娜與ARATA、板尾創(chuàng)路主演了由是枝裕和執(zhí)導(dǎo)的愛情科幻片《空氣人偶》，飾演充氣娃娃，該片改編自業(yè)田良家的漫畫，獲得日本奧斯卡優(yōu)秀女主演獎(jiǎng)。同年，裴斗娜出版了在倫敦親自拍攝的相片和旅行所感在內(nèi)的旅行攝影集《娜的倫敦之行》。

2010年，與金秀路主演了由柳賢基執(zhí)導(dǎo)喜劇《學(xué)習(xí)之神》，飾演

英語老師韓秀晶。

2012年，裴斗娜與湯姆·漢克斯、哈莉·貝瑞、休·格蘭特出演了改編自大衛(wèi)·米切爾的同名暢銷小說的科幻片《云圖》，飾演兩個(gè)角色，分別是2144年首爾的克隆人和19世紀(jì)的美國人，影片講述了從19世紀(jì)太平洋開始到文明毀滅后的未來世界里，各時(shí)代和場景下的6個(gè)故事。

2013年，與河智苑主演《朝韓夢之隊(duì)》，飾演朝鮮選手，該片講述了韓國與朝鮮的國家代表經(jīng)歷46日，由對(duì)立、矛盾的立場逐漸成為“Korea”團(tuán)隊(duì)的辛酸感人故事。

2016年，參演科幻劇集《超感獵殺第二季》 。主演的電影《隧道》8月上映。

2017年，出演電影《毒品之王》。主演tvN周六周日劇《秘密之森》 。10月，裴斗娜確定出演著名編劇金恩熙與Netflix攜手打造的電視劇《王國》。

2018年6月8日，主演的電視劇《超感獵殺》完結(jié)篇上線。

裴斗娜的父親擔(dān)任韓國大型健康食品公司的副社長，公司的營業(yè)額一年約人民幣70億。裴斗娜還有位曾是舞臺(tái)劇女演員的媽媽，媽媽金英花系出名門，大學(xué)畢業(yè)于千金名門學(xué)府梨花大學(xué)，34歲才開始出道成為舞臺(tái)劇女演員。

平時(shí)每次結(jié)束一部戲的拍攝后，裴斗娜會(huì)選擇去旅行。因?yàn)樵诔鲅葑髌返臅r(shí)候，裴斗娜常常過于投入到角色中，因此每當(dāng)結(jié)束拍攝，她常常會(huì)有悵然若失、找不到自我的感覺，所以她會(huì)去旅行，把沉浸其中的角色擺脫掉。例如拍完《復(fù)仇是我的天職》后，她去了紐約；拍完《你喜歡春天的熊嗎》，她去了東京；拍完《漢江怪物》后，去了倫敦泰晤士河。除了旅行之外，裴斗娜的另一大愛好就是攝影了。她表示，自己不會(huì)畫畫，但是非常喜歡畫，照相能在某種程度上滿足她畫畫的心愿，構(gòu)圖很有意思。裴斗娜在攝影方面大有收獲，還成了專業(yè)的攝影師。前段時(shí)間，裴斗娜出版了自己拍照、自己寫文章的照片隨筆集《斗娜的倫敦游記》，引起廣泛的關(guān)注。和以前由明星做模特的照片隨筆集不同的是，裴斗娜是為了滿足自己對(duì)攝影的喜歡才出版這本書的。裴斗娜說：“我從兩年前就開始迷上攝影了。我很喜歡旅行，于是到處轉(zhuǎn)悠，抽空拍照，過了一段時(shí)間，我不但對(duì)相機(jī)產(chǎn)生了興趣，甚至對(duì)膠卷和印花也有了興趣。”平時(shí)她就喜歡隨身帶著相機(jī)，在拍《漢江怪物》的時(shí)候，她就曾拍了好幾百張的現(xiàn)場照片。

2002年，裴斗娜在拍攝《我要復(fù)仇》時(shí)，與男主角申河均弄假成真，這也是裴斗娜的初戀。2004年，由于裴斗娜與申河均都忙于工作，聚少離多而畫上句號(hào)。

2018年7月13日，在首爾圣水洞出席某品牌舉行的活動(dòng)。

裴斗娜出道后顯露出與其他新人不同的特質(zhì)，在攝像機(jī)面前她一點(diǎn)都不緊張，表演真實(shí)、自然、毫不夸張。