1997年，作为MODELLINE公司签约模特而入行。
2000年，凭借《血滩屠亡》正式进军大银幕。
2002年，与朴素美、成宥利参演《坏女孩们》。同年，参演由韩智承执导的言情剧《三剑客》。
2004年1月，与权相宇一起出演《马粥街残酷史》，饰演高中生打架王宇植。4月，李廷镇与赵汉善、秀爱参演爱情片《四月之吻》。
2005年，李廷镇与李文植参演喜剧《麻婆岛》。
2008年，参演爱情剧《爱你，别哭》 ，获得MBC演技大赏家族奖。
2009年，担任每个星期天在KBS2播出的综艺节目《男人的资格》，于2011年5月结束。
2010年，与Rain、李娜英主演《逃亡者》，饰演刑警道修。同年，与金泰宇参演悬疑片《无法挽回》，该片讲述了围绕一起儿童失踪案失落的爸爸与嫌疑人展开对决的故事。
2011年，与李敏贞参演爱情片《完美广播》。
2012年，年末改签JYPEntertainment娱乐。同年，与赵敏秀主演了由金基德执导的《圣殇》，饰演接受私债债主的委托，用残忍而暴力的方式向借高利贷者讨债，并以此谋生的男人“姜都”一角，获得2012年威尼斯国际电影节“最佳影片奖”的金狮大奖 。
2013年，李廷镇与柳真、郑普硕参演家庭伦理剧《百年的遗产》，饰演富家子的独生子、并且个性暴躁无情冷漠的李世允角色，该剧讲述了现代版“灰姑娘”嫁入豪门后，饱受来自婆婆及各方压迫和考研的家庭故事，李廷镇获得第六届韩国电视剧奖最优秀男演员奖。
2014年，参演爱情片《诱惑》，饰演姜敏宇，该片讲述四名男女在复杂的关系中逐渐遭到真爱，不可预测的爱情故事。
2016年，参演《玉氏南正基》饰演张时桓。确定出演tvN电视台新剧《K2》。