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2004年,沈恩敬出演爱情喜剧《想结婚的女人》,饰演女主人公李欣宜的幼年时期,以演员身份正式出道 。
2006年,在古装剧《黄真伊》中饰演幼年黄真伊,凭借该剧获得KBS演技大赏青少年演技赏 。2007年,与
千正明合作主演恐怖电影《韩塞尔与葛雷特》,生活在森林中的神秘女孩英姬 。
2008年,凭借爱情剧《太阳的女子》获得KBS演技大赏青少年演技赏。2009年,与南相美、柳承龙合作主演恐怖电影《不信地狱》,饰演行踪诡异的少女素珍 。
2010年4月,主演喜剧电影《你好杀人犯》,饰演从小就梦想成为钢琴家的女孩夏林,凭借该片获得第47届百想艺术大赏和第47届韩国电影大钟奖最佳新人女演员奖提名 。9月,主演由张镇执导的喜剧电影《竞猜王》,饰演摆脱忧郁症的困扰、变得积极乐观的金茹娜,凭借该片获得第31届韩国青龙电影奖最佳新人女演员提名 。
2011年5月,首次担纲女一号,与姜素拉、闵孝琳合作主演喜剧电影《阳光姐妹淘》,饰演由于方言浓重而羞于开口的任娜美,并亲自演唱了片中的多首歌曲 ,该片上映后票房达737万观影人次,位列2011年韩国票房榜第二位,沈恩敬凭借该片入围第48届韩国电影大钟奖最佳女主角,却因她无法出席颁奖礼而在颁奖之前被从提名名单上剔除 。10月,凭借短篇电影《浪漫天堂》获得第48届韩国电影大钟奖最佳女配角奖 。
2012年,与李秉宪、韩孝周合作主演古装电影《光海,成为王的男人》,饰演由于地方官吏的横行霸道而被迫入宫的纯情宫女思月 。
2014年1月,主演电影《奇怪的她》,饰演重返20岁的“老奶奶”吴斗丽,该片票房达865万人次,沈恩敬凭借该片获得第50届百想艺术大赏电影部门最佳女主角奖、第19届春史电影节最佳女主角奖等多个奖项 。10月,与周元、朴宝剑合作主演浪漫爱情剧《明日如歌》,饰演天才钢琴少女薛明日 。
2015年7月,与池昌旭合作主演犯罪动作电影《被操纵的城市》,饰演天才黑客汝郁 。9月,与李昇基合作主演古装爱情电影《合婚》,饰演拒绝通过合婚挑选驸马的松花翁主 。
2016年3月,主演惊悚电影《等着你》,饰演一心想要为父报仇的熙珠 。4月,主演独立电影《走路王》,饰演一名竞走运动员 。5月,与崔岷植合作主演政治题材电影《特别市民》,饰演市长选举候选人阵营中的青年革新委员长 。