2010年10月，李惠利作为第二期成员正式加入Girl's Day，并随组合推出单曲专辑《Girl's Day Party #2》   ，主打歌为《Twinkle Twinkle》。2011年3月17日，随组合发行单曲专辑《Girl's Day Party #3》，并登上《Mcountdown》节目宣布正式回归。7月6日，随组合发行首张迷你专辑《Everyday》。9月2日，随组合发行第四张单曲专辑《Girl's Day Party #4》，主打歌《Darling》在Mnet、Soribada等8个音乐网站排名第一   。12月10日，随组合在日本举行首次单独演唱会   。

2012年4月，与尹晶喜、林采茂等共同主演爱情剧《美味人生》，在剧中饰演张申祖的小女儿、举止谈话早熟的张美贤   。随后，随组合发行第二张迷你专辑《Everyday II》   ，并通过KBS音乐节目《音乐银行》首次公开主打歌《Oh! My God》，正式宣告回归歌坛   。7月，随组合为浪漫爱情剧《顺藤而上的你》演唱第五波OST《藤颂》   。10月，随组合推出第五张单曲专辑《Girl's Day Party #5》，并通过《音乐银行》节目举行回归舞台   。

2013年3月，随组合推出首张正规专辑《Expectation》   ，还凭借后续曲《Female President》获得出道以来的首个一位。6月，随组合发行正规专辑的Repackage版《Female President》，同名主打歌曲被制作成特别版，包括80页的海报，展现了成员们性感帅气的魅力   。9月，随组合发行第六张单曲专辑《Girl's Day Party #6》。

2014年1月，随组合发行第三张迷你专辑《Everyday III》   ，主打歌《Something》在Mnet、Soribada、Bugs Music、Naver Music、Daum Music、Monkey3等6个音乐网站夺冠   。6月3日起，担任SBS MTV节目《THE SHOW》第三季主持人。7月，随组合发行第四张迷你专辑《Girl's Day Everyday#4 Summer Party》   ，主打曲《Darling》的点击量超过三百万次   。8月，参加MBC综艺节目《真正的男人》女兵特辑   。10月28日起，担任《The Show》第四季主持人之一。12月，出演JTBC迷你剧《仙岩女高侦探团》，在剧中饰演善岩女高一年2班“侦探团女演员”李艺熙   ；29日，凭借《真正的男人》女兵特辑获2014年MBC演艺大赏女子新人奖。

2015年1月，搭档玄彬、韩志旼、盛骏出演SBS浪漫爱情剧《海德、哲基尔与我》，在剧中饰演充满好奇心、聪明伶俐、古灵精怪且可爱的女大学生闵宇桢   。7月，随组合发行第二张正规专辑《LOVE》   ，主打歌《Ring my bell》刻画了可爱活泼的少女形象   。9月，随组合在日本举办单独演唱会   。11月，搭档朴宝剑、柳俊烈、高庚杓等主演青春怀旧剧《请回答1988》   ，她在剧中饰演比起成绩更在意自己的外貌的18岁少女、多愁善感的成德善   ；自出演该剧后，李惠利拍摄了多个广告，创造了100亿韩币的经济效益   。

2016年4月，与池晟联合主演SBS青春励志剧《戏子》，在剧中饰演父母过世后在市场卖鱼的打工达人郑格林   。2017年3月，随组合携迷你专辑《Girl's Day Everyday#5》正式回归   ，在该张专辑后，组合停止活动   。11月，与曹政奭、金宣虎和林世美等主演奇幻爱情剧《我的鬼神搭档》，在剧中饰演为了独家新闻不断努力的社会记者宋智安   。

2018年9月，与金明民、金仁权等人合作主演古装动作片《物怪》，在片中饰演充满活力和热血的女孩明   ，这也是她首次出演电影   。2019年4月，在与原公司的合约到期后，李惠利签约了Creative group ING，并以演员身份继续活跃，组合成员单飞但不解散   。9月，主演tvN办公室喜剧《清日电子李小姐》，在剧中饰演清日电子基层经理李善心   。10月，搭档严泰九主演动作片《盘索里拳击手》，在片中饰演新加入拳馆的职员敏智   。

2021年5月，与张基龙共同主演tvN奇幻爱情剧《心惊胆战的同居》，在剧中饰演误食狐狸珠的女大学生李丹 。