2004年，韩孝周首次参演电视剧《Nonstop 5》；2005年，参与拍摄电影《头师父一体2》，饰演遭遇不幸的女孩“咪晶”一角。
2006年，韩孝周主演尹锡湖导演的“四季恋曲”系列的最后一部《春天华尔兹》。11月主演电影《
非常特别的客人》，获得第26届韩国影评奖最佳新人女演员和第20届新加坡国际电影节最佳女主角奖。
2007年，搭档朴海镇出演电视剧《
比天高比地厚》，饰演善解人意的“石智秀”一角。该剧最高收视达到36.1%（大韩民国全国TNS收视率）；2008年，与李准基主演首部古装剧《一枝梅》，凭借贵族小姐“卞恩彩”一角在SBS演技大赏中获得最佳女新人奖。11月韩孝周与金在中日韩合作电影《天国的邮递员》。
2009年，韩孝周与李升基主演电视剧《灿烂的遗产》，饰演“高恩星”一角。该剧不仅大结局最高收视达到47.1%（大韩民国全国TNS收视率），成为了2009年度韩国电视剧收视冠军，还被湖南卫视引进播出。凭借该剧韩孝周获得SBS演技大赏特别企划部门女子优秀演技奖。9月韩孝周搭档金东旭出演KBS音乐电视剧《Soul Special》，并且亲自演唱OST《突然的眼泪》。10月签入BH Entertainment经纪公司。
2010年，携手池珍熙主演由《大长今》导演李丙勋执导的古装剧《同伊》。该举作为MBC电视台49周年台庆剧，播出后最高收视达到33.1%（大韩民国全国TNS收视率）。韩孝周凭借英祖大王李昑生母“崔同伊”一角获得MBC演技大赏最高大赏、第47届韩国百想艺术大赏电视部最佳女主角奖以及香港有线电视2010最佳电视剧人气演员奖。
2011年，韩孝周与苏志燮合作爱情电影《
只有你》，饰演失去视力的盲女“静花”一角。此片被选为2011年第16届釜山国际电影节开幕电影；2012年，9月与李秉宪合作拍摄古装电影《光海，成为王的男人》，该片观影人次超过1230万。12月搭档高修主演浪漫爱情电影《
创可贴》。
2013年，韩孝周与薛景求、郑雨盛联袂主演出演犯罪类型动作电影《监视者们》，该片不仅累计观影人数突破550万人，剧组还受邀参加第38届多伦多国际电影节、第18届釜山国际电影节以及夏威夷国际电影节。而韩孝周凭借该片获得第22届韩国釜日电影奖最佳女主角奖以及第34届韩国电影青龙奖最佳女主角奖。
2014年，9月再次搭档高修出演短篇电影《妙香山馆》，饰演一名北朝鲜的餐厅服务生。11月主演由日本导演犬童一心执导的电影《
戴维克罗的恋爱和魔法》，在片中饰演灯光师“泰瑞妍”一角。
2015年，2月与郑宇搭档主演电影《
如此美好》，该电影讲述以音乐工作室C’est Si Bon为背景，刻画了在此诞生的组合和他们女神间的凄美爱情故事。7月主演电影《Beauty Inside》，饰演与不断转变为其他人的男人坠入爱河的女主角。同年还主演古装电影《
解语花》，饰演拥有歌唱和舞蹈实力的有涵养的妓生角色。
