Następnie wstąpiła na Uniwersytet Dongguk, gdzie dołączyła do wydziału teatru i filmu.
Kariera 2003–2006: Początki Han Hyo-joo została odkryta podczas konkursu piękności dla nastolatek, zorganizowanego przez firmę spożywczą Binggrae w 2003 roku. Rozpoczęła swoją karierę aktorską w sitcomie Nonstop 5 oraz komedii gangsterskiej My Boss, My Teacher. Później Hyo-joo zyskała popularność, grając główną rolę w Spring Waltz, czwartej i ostatniej części serii „dramatów sezonowych” reżysera telewizyjnego Yoon Seok-ho.
W 2006 roku reżyser Lee Yoon-ki obsadził Hyo-joo w głównej roli w swoim niskobudżetowym niezależnym filmie Ad-lib Night, opowiadającym o młodej kobiecie, która odkrywa siebie na nowo podczas niepokojącego nocnego spotkania z nieznajomymi. Za swoją rolę zdobyła nagrody dla najlepszej nowej aktorki na Korean Association of Film Critics Awards i Singapore International Film Festival.