Bắt đầu chơi chuyên nghiệp từ năm 17 tuổi (2015), Im Sung-Jae thi đấu tại Japan Golf Tour trong 2 năm sau đó. Qua 51 giải đấu, anh có 14 lần lọt vào top 10 trong tổng số 51 giải đấu, thành tích tốt nhất của Im là vị trí thứ 2 Mynavi ABC Championhsip 2017. Trong năm đó, Im Sung-Jae đứng thứ 12 trên bảng xếp hạng tiền thưởng tại Tour đấu này. Qua đó, từ vị trí 1711 anh đã vươn lên xếp hạng 150 Thế giới.

Cuối năm 2017, sau khi đứng thứ 2 tại Q. School của Web.com (Korn Ferry Tour). Im Sung-Jae đã có một mùa giải 2018 thành công tại đây khi giành 2 chức vô địch, trở thành golfer trẻ thứ 2 trong lịch sử giành chiến thắng đầu tiên ở 19 tuổi 292 ngày, đứng sau Jason Day với 19 tuổi 238 ngày. Cùng 3 lần về nhì để qua đó được bình chọn 2 danh hiệu Tân binh của Năm và Người chơi của Năm, vươn lên xếp hạng 98 Thế giới. Im Sung-Jae là golfer đầu tiên dẫn đầu danh sách tiền thưởng trong 27 tuần tại Korn Ferry Tour.

Thành công tại Korn Ferry Tour giúp Im Sung-Jae có tấm thẻ thành viên của PGA Tour mùa giải 2018 – 2019 và tiếp tục thể hiện tốt tại đây. Trong tổng số 35 sự kiện mà Im góp mặt, anh vượt cắt 26 lần, có 7 lần lọt Top 10 trong đó thành tích ấn tượng nhất là vị trí thứ 2 tại Sanderson Farms và đồng hạng 3 tại Arnold Palmer Invitational. Anh là tân binh thứ 13 trong lịch sử đủ điều kiện tham dự Tour Championship, trở thành golfer thứ 2 sau Stewart Cink được bầu chọn danh hiệu Người chơi của Năm tại Korn Ferry Tour và tân binh của Năm tại PGA Tour trong 2 năm liên tiếp.

Với chuỗi phong độ ấn tượng, Im Sung-Jae được đội trưởng Ernie Els chọn làm thành viên của tuyển Quốc tế tại Presidents Cup 2019 và anh tiếp tục thể hiện phong độ ấn tượng khi góp phần mang về 3,5 điểm với 3 trận thắng, 1 hoà và 1 thua.

Chiến thắng tại The Honda Classic 2020 giúp Im Sung-Jae trở thành golfer trẻ thứ 2 của Hàn Quốc có danh hiệu PGA Tour ở 21 tuổi 334 ngày.