Ki speelde het grootste gedeelte van zijn jeugd voor het AustralischeJohn Paul College in Brisbane, in het kader van het opleidingsproject Brain Sport Program (BSP). Hij debuteerde in 2007 vervolgens in het betaald voetbal als speler van FC Seoul, waarmee hij uitkwam in de K-League. Hij droeg er samen met land- en voormalig teamgenoot bij Seoul Lee Chung-yong de bijnaam Ssang Yong (Double Dragon).
Ki debuteerde op 5 september 2008 in de Zuid-Koreaanse nationale ploeg, tegen Jordanië. Daarvoor was hij basisspeler in alle vier de wedstrijden van Zuid-Korea op het WK 2010, alle drie die op het WK 2014 en in twee van de drie op het WK 2018, beide als aanvoerder. Ki maakte voor zijn debuut in het nationale team ook deel uit van de nationale selectie tot 20 jaar (2006-08) en die tot 23 jaar (2007-08). Ki kwam eveneens uit op het WK 2018 in Rusland, waar de selectie onder leiding van bondocach Shin Tae-yong in de groepsfase werd uitgeschakeld. De ploeg verloor van achtereenvolgens Zweden (0–1) en Mexico (1–2). Ze won in het afsluitende groepsduel wel met 2–0 van titelverdediger Duitsland, waardoor Die Mannschaft eveneens de koffers kon pakken. Ki speelde in twee van de drie groepswedstrijden, als basisspeler.