2003년 자일리톨 CF로 데뷔, SKT 011, 대한항공 프라하편 2004년 한해 10편 정도의 CF에 출연했다.
같은 해〈실미도〉, 〈싱글즈〉, 〈위대한 유산〉에 단역으로 출연했다. 이듬해에는 드라마 ‘왕꽃 선녀님’, 영화 ‘인형사’, ‘몽정기 2’에서 조금씩 모습을 보인 정유미는 드라마 〈애정의 조건〉에서 당찬 신세대 ‘맹한지’ 역을 연기해 시청자들에게 주목을 받기도 했다.
2005년에는 〈댄서의 순정〉에서 김기수의 댄스 강사 파트너 역을, 단편 〈마스크 속, 은밀한 자부심〉에선 수염난 발레리나 정으로, 2007년 〈황진이〉에선 황진이의 몸종 이금 역을 연기했다.
2011년 김수현 작가의 드라마 <천일의 약속>으로 크게 주목받았다.