Kye a remporté trois médailles olympiques dans trois catégories de poids différentes entre Atlanta 1996 et Athènes 2004.

À Atlanta 1996, elle est devenue la plus jeune médaillée d’or en judo a seulement 17 ans dans la catégorie des 48 kg et la première Nord-Coréenne championne olympique. Bénéficiant d’une wild-card pour participer à la compétition olympique, elle va jusqu’au bout et surprend tout le monde.

Quatre ans plus tard à Sydney, elle est attendue et ne remportera finalement qu’une médaille de bronze en 52 kg. De nouveau au plus haut niveau à Athènes 2004, elle est cette fois médaillée d’argent en 57 kg.

Kye Sun-hui a participé pour la quatrième fois aux Jeux olympiques d’été de Pékin 2008, mais n’a pas réussi à remporter de nouvelle médaille. Ses performances olympiques lui ont valu de recevoir le titre d’athlète du peuple et héros du travail en Corée du Nord.