2016年1月,金世正以JellyFish Entertainment練習生身份參加選秀節目《PRODUCE 101》;4月1日,以52萬多票於《PRODUCE 101》獲得第2名,成為限定組合I.O.I成員並在組合擔當主唱,以該組合成員身份進行為期1年的活動;4月5日,隨I.O.I發布首支單曲《CRUSH》並通過線上音源網站發布出道先行單曲的完整版音源和MV;4月21日,擔任KBS2TV綜藝節目《歡迎Show》的固定成員;5月4日,隨組合I.O.I發布首張迷你專輯《Chrysalis》;5月5日,隨I.O.I通過Mnet音樂節目《M! Countdown》帶來首個正式出道舞台;5月20日,隨I.O.I出演KBS音樂節目《音樂銀行》;5月22日,隨I.O.I出席第12屆亞洲模特盛典的頒獎典禮,獲得歌手部門新人獎;6月2日,隨I.O.I出席於巴黎舉行的“KCON”演唱會;6月7日,加入Jellyfish娛樂推出的女子組合gugudan;6月28日,隨gugudan發行首張迷你專輯《Act.1 The Little Mermaid》,主打曲為《Wonderland》;10月,客串根據趙石同名網路漫畫改編的親情劇《心裡的聲音》;10月17日,隨I.O.I公開了第二張迷你專輯《miss me?》,主打歌是《Very Very Very》,而主打歌音源在公開後便登上了genie、Naver Music、Mnet等七個榜單的榜首;11月23日,金世正發行個人首支solo單曲《花路》;12月2日,隨I.O.I出席第18屆Mnet亞洲音樂大獎獲得女子新人獎。
2017年1月5日,金世正為愛情劇《藍色大海的傳說》演唱OST歌曲《萬一》;1月14日,隨I.O.I獲得第31屆金唱片大賞唱片部門女子新人獎;1月18日,隨I.O.I發布單曲《陣雨》,該歌曲是限定組合I.O.I為期一年活動的最後一首歌曲;2月28日,隨gugudan發布第二張迷你專輯《Act.2 Narcissus》,主打歌是《像我一樣的孩子》,正式回歸;6月,與金正賢、張東潤等合作主演的青春校園劇《學校2017》在韓國KBS電視台播出,在劇中飾演充滿健康能量的大學生羅恩好;7月,隨gugudan為電視劇《學校2017》演唱首支OST《相信這個瞬間》;9月20日,隨gugudan出席第1屆SORIBADA最佳音樂大獎的頒獎典禮,獲得新韓流Performance賞;10月,與NCT成員金道英合作演唱的歌曲《星光綻放時》發布;11月8日,隨gugudan發布迷你專輯《Act.3 Chococo Factory》,主打歌是《Chococo》;11月15日,隨gugudan出席第2屆Asia Artist Awards的頒獎典禮,獲得Rising Star賞;11月29日,金世正憑藉歌曲《花路》,入圍第19屆Mnet亞洲音樂大獎最佳歌唱表演女歌手獎;12月,金世正不但在SBS演藝大賞頒獎典禮上獲得了最佳挑戰賞,還在KBS演技大賞頒獎典禮上獲得了女子新人演技賞。
2020年2月1日,金世正為tvN周末劇《愛的迫降》演唱OST《All of My Days》;3月17日,發行首張個人迷你專輯《Plant》;3月27日,出演KBS音樂節目《音樂銀行》,演唱《Swim Away》;8月17日,發行第三張數位單曲《Whale》,並參與作詞作曲;10月13日,為tvN月火劇《青春記錄》演唱OST《我的心是那樣的》;11月28日,主演的懸疑奇幻劇《驚奇的傳聞》在韓國OCN電視台播出,在劇中飾演擁有讀心能力的Counter成員、因兒時悲劇導致防備心超強的都哈娜;12月20日,為《驚奇的傳聞》演唱OST《再會》;12月31日,其所屬組合gugudan正式解散。
2021年3月29日,金世正發布第二張迷你專輯《I'm》,主打歌《Warning》;7月23日,發行數位單曲《Baby I Love U》。2022年2月28日,金世正與安孝燮共同主演的愛情喜劇《社內相親》在韓國SBS電視台播出,在劇中飾演GO食品集團的開發組研究員、代替富二代好友去搞砸相親卻意外遇上公司社長的申夏莉,憑藉該劇獲得2022年SBS演技大獎迷你劇部門女子最優秀演技獎;7月29日,主演的青春勵志劇《今日的網漫》播出;12月,參加《2022 AAA IN JAPAN》;12月31日,主持2022SBS演技大賞頒獎禮。