Yi nació en Gwangju. Sacó su título y maestría en ingeniería mecánica en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea. Estaba trabajando en su doctorado, cuando Corea del Sur hizo un llamado para reclutar a la persona que se convertiría en la primera de la nación en salir al espacio. Fueron 36 mil postulantes, que se redujeron eventualmente a dos finalistas, hombre y mujer: Ko San y Yi So-yeon. Esta última iba de segunda opción, a los entrenamientos en Rusia. Pero como Ko violó ciertas reglas durante la preparación, Yi So-yeon pasó a ser la candidata principal. El gobierno de Corea del Sur pagó a Rusia 20 millones de dólares para incluirla en un vuelo hacia la Estación Espacial Internacional.
El 8 de abril de 2008, Yi comenzó su viaje al espacio desde Kazajistán. En la EEI hizo experimentos con moscas llevadas desde la Tierra, y también pruebas con su propia cara expuesta a los cambios de gravedad y más. El 19 de abril finalizó la misión histórica para su país, pero en el aterrizaje la nave tuvo problemas, que le causaron serios problemas de espalda a la científica. Era la tercera mujer en ser la primera persona de su país en viajar al espacio exterior.
Los años siguientes se dedicó a la investigación en el Instituto Aeroespacial de Corea, y también a ser la cara visible y embajadora del programa espacial de su país. Esto terminó en 2014 cuando Yi So-yeon renunció a su vida de astronauta: se trasladó a EE.UU. con su marido y estudió un MBA en Berkeley. Luego se ha dedicado a ser profesora de Ingeniería Física.