1997年，宋康昊参演了李沧东执导的《绿鱼》，该片是韩国电影诗人李沧东的处女作，“绿鱼”指代的是美好的回忆和珍视的事物，该片上映后就获得了釜山电影节的新浪潮奖提名。当年的宋康昊在片中仍是一个配角。

2002年的《我要复仇》是宋康昊首次在朴赞郁导演影片中担任男主演，该片是朴赞郁“复仇三部曲”首部，讲述的是几个极度痛苦的普通人的连环复仇故事，宋康昊饰演的工厂老板东劲为可爱的女儿无辜惨死报仇，表演冲击感官、极具表现力。影片整体风格血腥暴力，挑战观众承受力。

2003年上映的《杀人回忆》是韩国电影的经典之作，也是宋康昊主演的另一部关于暴力、犯罪和杀戮题材电影。他在片中饰演的警察朴探员数度被凶手戏弄，最终仍未找到真凶。影片助奉俊昊导演在国际电影节崭露头角，获得第51届塞巴斯蒂安国际电影节金贝壳奖提名，并斩获了最佳导演银贝壳奖。

《孝子洞理发店》是宋康昊早期少有的画风温和的影片，该片2004年上映，故事以一个孩子的角度，回顾了他的父亲——理发店师傅宋汉默（宋康昊 饰）的一生。该片在东京国际电影节斩获最佳导演奖。

2007年，宋康昊搭档全度妍出演《密阳》，并再度与李沧东导演合作。密阳是全度妍饰演的申爱亡夫的家乡，她是一个被绝望和痛苦笼罩的女人，在密阳她遇到了宋康昊饰演的汽修厂老板，一个至善至美的人和一个心澄如镜的人一起寻找绝望里的救赎。
李沧东导演凭此片获第60届戛纳电影节主竞赛单元金棕榈提名，全度妍更是一举夺得影后桂冠。

宋康昊主演的《雪国列车》是奉俊昊导演执导的一部主打国际市场的科幻动作片，主创来自韩国、捷克、法国等世界各地，展现了韩国电影人进军国际市场的野心。不过，该片虽然在青龙奖和百想艺术大赏等韩国本土电影奖上收获颇丰，却并未获得主流国际电影节的认可。

2013年上映的《辩护人》豆瓣评分高达9.2分，宋康昊在影片中饰演一名仅有高中学历、但最终走上为民主辩论之路的律师，其表演备受赞誉，影片横扫当年的青龙奖和百想艺术大赏，宋康昊也拿下青龙奖最佳男主角。

2005年上映的韩国古装电影《思悼》由宋康昊和刘亚仁主演，讲述了一个古怪血腥的历史谜案，宋康昊饰演的英祖在次子李愃（刘亚仁 饰）幼时展露出温和的舐犊之情，但世子耽于玩乐，无心学业，二人渐行渐远。最终英祖将世子关进米柜中，活活饿死。宋康昊老成的演技让人不寒而栗，刘亚仁与之对戏也毫不逊色，刘亚仁凭此片摘得当年青龙奖最佳男主角。

2019年上映的《寄生虫》在国际电影节大放异彩。影片由奉俊昊执导，宋康昊在片中饰演无业游民的爸爸金基泽，他们一家四口如同“寄生虫”一般生活在富豪朴社长家中。影片戏剧冲突强烈、节奏把控精妙，喜剧桥段隐藏深刻的嘲讽与批判。《寄生虫》获得第72届戛纳电影节金棕榈奖最佳影片 、第92届奥斯卡金像奖最佳影片和最佳国际影片。

是枝裕和执导的《掮客》助宋康昊摘得本届戛纳电影节主竞赛单元最佳男主角，剧情由暂存箱里的婴儿引发，牵连周遭5个关键人物，讲述了一段意想不到但充满人性温情的故事。除宋康昊外，主演姜栋元、裴斗娜和李知恩均为韩国演员，这部电影也是是枝裕和导演的首部韩语片。