2003年，樸信惠出演了李承煥演唱的歌曲《花》MV，正式出道；同年，出演了個人首部電視劇《天國的階梯》，樸信惠在劇中飾演女主角崔智友的童年角色小靜書，憑借該角色獲得了SBS演技大賞童星獎。
2004年，出演了KBS短劇《如果再等一班車》。2005年2月28日，與蘇有珍、柳承洙、樸京林等共同出演的愛情劇《可愛還是瘋狂》首播。
2006年2月8日，與李莞領銜主演的愛情劇《天國的樹》開播，這是樸信惠擔任主演的首部電視劇；9月21日，與曹承佑、姜惠貞合作出演的懸疑電影《蜥蜴》上映，她在片中飾演隱藏了不為人知秘密的“邊子”。
2007年1月10日，與崔東旭、許怡才、姜斗等聯袂主演的愛情喜劇《宮S》播出，她在劇中飾演一直對皇太后位置虎視眈眈的“申世玲”；5月23日，搭檔在熙主演的恐怖電影《傳說的故鄉》上映，她在片中分別飾演溫柔善良的姐姐“素妍”和工于心計的妹妹“孝珍”，這是她擔任主演的首部電影；5月27日，擔任MBC綜藝節目《幻想的同桌》的主持人；8月18日，與朱相昱、金承秀、金寶慶等聯合主演的都市家庭劇《蘿卜泡菜》首播，她在劇中飾演開朗堅強的女主角“張思雅”；12月29日，獲得了MBC演藝大賞MC新人獎。
2008年2月1日，與朱鎮模、樸志胤、王亞楠等共同出演的古裝愛情劇《飛天舞》播出，樸信惠在劇中扮演開朗、伶俐的少女“阿麗秀”。
2009年10月7日，與張根碩、鄭容和、李洪基等聯袂主演的音樂偶像劇《原來是美男啊》開播，樸信惠憑借該劇獲得了SBS演技大賞新人獎；12月30日，與金希澈、鄭勇化共同擔任SBS音樂類娛樂節目《歌謠大戰》的主持人。
2010年9月16日，與嚴泰雄、李珉廷、崔丹尼爾聯合主演的愛情喜劇片《戀愛操作團》上映，她在片中飾演干練、成熟穩重的戀愛軍團成員“敏英” ，并憑此角色獲得了第8屆韓國電影大獎最佳女配角提名以及第47屆百想藝術大賞電影部門人氣獎（女星）。
2011年3月30日，參與錄制MBC電臺節目《藍色夜晚，我是鄭燁》之女演員特輯活動；5月7日，參加了“2011北京TGC時尚盛典”；6月19日，與胡宇崴、李毓芬合作出演的偶像劇《旋風管家》開播，樸信惠飾演只喜歡沉浸在漫畫、動畫、計算機游戲等二次元事物中的怪怪美少女“三千院凪” ；6月22日，參與錄制MBC電臺節目《兩點的約會，我是尹道玄》；6月29日，與鄭容和領銜主演的浪漫愛情劇《你為我著迷》播出，她在劇中飾演出身于韓國傳統樂器世家的“李奎媛”；8月26日，在“2011樂視影視盛典”上，樸信惠獲得了電視劇部分亞太地區年度最受歡迎演員獎；10月3日，與玉澤演、崔珉豪聯合主持“2011慶州韓流夢想音樂會”；11月7日，到湖南長沙錄制湖南衛視綜藝節目《天天向上》。
2012年3月24日，出席“2012上海TGC時尚盛典”；4月26日，獲得了第48屆百想藝術大賞電視部門最佳人氣女演員獎；7月15日，與奉太奎領銜主演的KBS獨幕劇《別擔心，是女鬼》首播，因此獲得了KBS演技大賞單幕劇部門優秀演技獎。
2013年1月7日，與尹施允、金智勛、高庚杓合作主演的青春愛情喜劇《鄰家花美男》開播，她在劇中飾演不到萬不得已不愿出門的編輯“高獨美”；1月23日，與柳承龍、葛素媛、鄭進永共同出演的劇情片《7號房的禮物》上映，憑借該片獲得了第49屆韓國百想藝術大賞電影部門最佳女配角提名，并獲得了最佳人氣女演員獎；8月13日，她在韓國首爾錄制了湖南電視臺美妝節目《我是大美人》；10月9日，與李敏鎬、金宇彬、金智媛等一同主演的青春喜劇《繼承者們》播出，她在劇中扮演從小就代替媽媽處理各種事物的“車恩尚” 憑借該角色獲得了SBS演技大賞中篇電視劇優秀表演獎、十大明星獎，第50屆百想藝術大賞電視劇部門最佳人氣女演員，第五屆國劇盛典年度海外人氣演員獎。
2014年11月12日，與李鐘碩、金英光、李侑菲聯袂主演的職場愛情劇《匹諾曹》首播，她在劇中飾演患有匹諾曹癥候群的社會部女記者“崔仁荷”，憑借該角色獲得了SBS演技大賞中篇電視劇女子部最優秀獎和十大明星獎；12月24日，與韓石圭、高洙、柳演錫等合作主演的古裝電影《尚衣院》上映，她在片中飾演表面維持著孤傲、實際卻很惜才的王妃，由此獲得了第51屆百想藝術大賞電影部門最佳人氣女演員獎；12月31日，主持了SBS演技大賞。
2015年5月22日，出演的生活實境綜藝節目《三時三餐第二季》播出；8月28日，再次出演的生活實境綜藝節目《三時三餐第二季》播出；10月29日，獲得了韓國大眾文化藝術獎國務總理表彰獎；11月，在歌手李洪基的首張solo專輯《FM302》主打歌《INSENSIBLE》MV中擔任女主角。
2016年6月20日，與金來沅、尹均相、李圣經聯合主演的醫療劇《Doctors》首播，樸信惠飾演頭腦聰敏，性格活潑善良的神經外科臨床醫生“劉慧靜”，憑借該角色獲得了SBS演技大賞劇情/奇幻類最優秀演技女子獎和十大明星獎；7月2日，客串出演的職場愛情網劇《評價女王》開播；11月23日，與曹政奭、都暻秀共同出演的劇情片《哥哥》上映。
2017年11月2日，與崔岷植、柳俊烈、樸海俊聯袂出演的犯罪驚悚片《沉默》上映，樸信惠飾演豪門之女林美拉的辯護律師“崔熙靜”。
2018年12月1日，與玄彬領銜主演的奇幻愛情劇《阿爾罕布拉宮的回憶》開播，她在劇中飾演夢想成為頂級古典吉他手的旅館經營者“鄭熙珠”。
2019年1月3日，搭檔全鐘瑞主演的驚悚電影《CALL》開拍。2020年1月6日，系列紀錄片《人類-動物》開播，樸信惠在片中擔任主持人。
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