2001年,李东海参加第3届SM Auditon青少年Best选拔大会并获得最佳外貌赏及全场大赏,签约韩国SM娱乐有限公司,随后历经了5年练习生涯,期间以专业舞蹈功底入选舞蹈A班。
2002年,李东海与利特原定以5人组合"Smile"出道,后来出道计划被搁置。
李东海(3)2005年,李东海以组合Super Junior成员身份正式出道[5],并在音乐节目《人气歌谣》中以出道曲《Twins (Knock Out)》初次登台。随后,李东海先后主演了宝儿《Key Of Heart》及少女时代《Kissing You》的音乐录影带 。
2007年,SJ全体成员主演的青春搞笑推理电影《花美男连锁恐怖事件》在韩国首映,[6]李东海在片中饰演舞蹈社成员及侦探;同年,SJ发行第二张韩语专辑《Don't Don》,[7]收录李东海参与作词的歌曲《I am》。
2008年,李东海与组合成员组成的Super Junior-M在中国出道,并发行首张国语专辑《迷》。[8]
2009年,李东海相继主演了林依晨《萤火虫》及张力尹《晴天,雨天》的音乐录影带;年底,随组合凭借第三张专辑《Sorry, Sorry》首次获得韩国金唱片大赏的唱片大赏、唱片本赏和人气奖。
2010年5月13日,SJ发行第四张韩语专辑《Bonamana》,[9]收录由李东海谱曲的《A Short Journey》;之后,李东海为韩国综艺节目《强心脏》创作并演唱同名主题曲 ;李东海还与文彩元、李姬珍、崔振赫合作出演了家庭励志电视剧《没关系,爸爸的女儿》,在剧中饰演富责任感的诚实青年崔旭基[10],李东海创作及演唱插曲《像现在一样》。
2011年8月22日,SJ发行第五张韩语专辑《Mr. Simple》[11];同年,改版专辑《A-CHa》,收录李东海创作曲《Y》及《Oops!!》;同年12月, 李东海与银赫组成Super Junior Donghae & Eunhyuk,并发行首张韩语单曲《红了哥哥》,收录李东海创作曲《First Love》 ;此外,李东海与崔始源、陈意涵、白歆惠联袂主演的现代爱情励志剧《华丽的挑战》在民视上首播,在剧中饰演离开故乡追寻梦想的音乐创作型歌手不破尚,并演唱主题曲 《华丽的独秀》及片尾曲《这是爱》;年底,随组合凭专辑《Mr. Simple》首次获得Mnet亚洲音乐大奖年度专辑大奖、最佳男子组合奖及人气奖,他们还获颁金唱片大赏及首尔歌谣大赏的唱片大赏。
2012年, 李东海与尹胜雅、崔振赫合作主演的浪漫喜剧《熊猫小姐和刺猬》开播,[12]在剧中饰演外表强势内心脆弱的糕点师高胜志,并演唱主题曲《Please Don't》及插曲《Don't go》;随后,SJ发行第六张韩语改版专辑《Spy》,收录了李东海创作曲《Only U》及《Haru》在内的十四首作品;李东海还与同公司的六位歌手组成S.M. The Performance,在SBS歌谣大战上合作发行韩语单曲《Spectrum》;之后,李东海所属组合凭借第六张专辑《Sexy, Free & Single》赢得金唱片大赏唱片大赏及Mnet亚洲音乐大奖年度专辑大奖。
2014年2月26日,SJ-D&E发行首张日语专辑《Ride Me》[13],获日本Oricon排行榜日榜第一位,随后在日本9个城市举行共22场巡演;5月18日,与柳德焕、尹珠熙、金栽经合作出演了法医推理电视剧《神的测验4》,在剧中饰演对工作认真负责的法医学研究员韩振宇[14];同年9月,SJ发行第七张韩语专辑《Mamacita》,收录李东海创作曲《Shirt》;此外,李东海主演的青春校园片《少年轻狂-传闻》在韩国上映,[15]在片中饰演遭同侪欺负的帅气学生会会长李正宇 。
2015年,SJ-D&E发行首张韩语迷你专辑《The Beat Goes On》,主打曲《不要痛》、《Mother》、《1+1=Love》、《Still You》及《Love That I Need》是李东海的原创曲;同年,Super Junior发行出道十周年特别专辑《Devil》,收录了李东海创作曲《Don't Wake Me Up》及《Alright》在内的十首作品[38]。
2017年,李东海退伍并回归歌坛,所属组合SJ第八张专辑《Play》收录李东海创作曲《One More Chance》;年末,李东海为豪华汽车品牌凯迪拉克创作歌曲《Perfect》[16]。
2018年7月28日至30日,随组合参加在日本大阪巨蛋举行“SMTOWN LIVE 2018 IN OSAKA”公演。[17]8月21日,随组合荣获Kids Choice Awards México 2018“Feat Favorita”部门奖。[18]8月29日,随组合在美国Billboard举办的FAN ARMY FACE-OFF 2018上获得第一名。[19]9月2日,随组合作为韩国歌手的代表参加亚运会闭幕演出。[20]
2019年1月18日至19日,随组合在智利首都圣地亚哥参加“SMTOWN SPECIAL STAGE in SANTIAGO”演唱会。[21]1月26日,随组合获第14届KKBOX风云榜年度风云歌手奖。[22]3月2~3日,随组合在首尔奥林匹克公园KSPO DOME举行单独演唱会“SUPER JUNIOR WORLD TOUR SUPER SHOW 7S”。[23]4月13日至8月28日,随SUPER JUNIOR-D&E组合分别在首尔、吉隆坡、曼谷、台北、香港、东京举办单独演唱会“SUPER JUNIOR-D&E CONCERT ‘THE D&E’”。[24]4月14日,发行合唱专辑《DANGER》。[25]4月17日,随组合参加MBC MUSIC《SHOW CHAMPION》、4月19日KBS2 TV《音乐银行》、4月20日MBC《Show!音乐中心》、4月21日SBS《人气歌谣》等音乐节目。[26]9月9日,随组合参加的综艺节目《SJ returns 3》在V LIVE和NAVER TV播出。[27]10月12~13日,随组合在首尔奥林匹克公园KSPO DOME举行“SUPER JUNIOR WORLD TOUR – SUPER SHOW 8”演唱会。[28]10月14日,随组合发行专辑《Time_Slip》。[29]10月15日,随组合出演的JTBC综艺节目《IDOL ROMM》播出。[30]11月2日-4日,随组合在日本埼玉超级竞技场举办3场名为‘SUPER JUNIOR WORLD TOUR - SUPER SHOW 8: INFINITE TIME in TOKYO"的演唱会。[31]12月15日,随组合在马尼拉的Mall of Asia Arena举办‘SUPER JUNIOR WORLD TOUR - SUPER SHOW 8 : INFINITE TIME in MANILA’单独演唱会。[32]
2020年1月28日,随组合发行专辑《TIMELESS》。[33]1月29日,随组合发行迷你专辑《I Think I》。2月23日,发行单曲《HARMONY》。9月3日,随组合发行专辑《BAD BLOOD》。[34][35]11月6日,随组合发行单曲《The Melody》。[36]同月,随组合与ICM Partners签订了合约。[37]
2021年3月16日,随组合发行专辑《The Renaissance》。[38][39][40]3月26日,随组合参加的综艺节目《(株)SJ Global》在YouTube的SUPER JUNIOR频道播出。[41]
2022年7月12日,随组合发行专辑《The Road : Keep on Going》。7月15日至17日,随组合在首尔蚕室室内体育馆举办单独演唱会“SUPER SHOW 9 : ROAD”。[42]
2023年7月14日,据韩媒报道,Super Junior成员李东海不续约SM,组合活动还会继续一起参加。[3]