김윤진은 10살 때 이민을 가서 뉴욕예술고등학교, 보스턴대학(연기)을 졸업하였다. 그리고 영국 드라마 아카데미에서 연기를 전공하고 뉴욕 브로드웨이에서 연극배우로 활동하다가 96년에 귀국, 연예활동을 시작하였다. MBC 드라마 <화려한 휴가>로 데뷔, <예감>, KBS <웨딩드레스>, <유정> 등에 출연했다.
그녀는 강제규 감독의 영화 <쉬리>에서 남파된 공작원 역할을 잘 소화하며 스타로 발돋음하게 된다. 김윤진은 이 영화를 통해 자신의 연기력을 입증받았고 그녀의 가능성을 모든 관객들에게 보여주었다. 한국에서 배우로서의 입지를 다진 김윤진은 미국에 진출, ABC 방송의 TV 시리즈 <로스트>에서 한국 여성 '선'으로 출연, 초반에는 대사도 없고 캐릭터의 성격 때문에 국내에서 논란이 일기도 했으나 캐릭터가 성장하고 비중도 중요해지면서 점차 세계인의 이목을 끌기 시작했다. 시리즈가 크게 히트하고 골든글로브 작품상까지 수상하면서 김윤진 역시 월드스타에 올랐다. 더구나 <로스트>는 3년 연속 골든글로브 작품상에 노미네이트 되어 한국배우로서 세 차례나 레드카펫을 밟았다. 그녀는 `깊이있는 연기력과 아름다운 동양미를 갖춘 매력적인 배우`로 평가받고 있다.