Mientras formaba parte del programa de aprendices de Fantagio i-Teen, Moon Bin tuvo la oportunidad de conocer a sus futuros compañeros de grupo, quienes también eran aprendices en ese momento. Juntos, eran conocidos como iTeen Boys. A pesar de que todos eran trainees, Moon Bin se destacaba por haber estado en la compañía durante un período de tiempo mucho más largo que sus colegas, por lo que se le nombró El rey de los aprendices.
El 14 de agosto de 2015, Fantagio Entertainment presentó oficialmente a ASTRO, el nuevo grupo masculino que incluía a Moon Bin como uno de sus miembros. Tan solo cuatro días después, el grupo hizo su debut en el web-drama To Be Continued, compartiendo pantalla con las chicas de HELLOVENUS, la actriz juvenil Kim Sae Ron y otros artistas destacados de la compañía. La actuación del grupo recibió elogios por su habilidad para actuar y cantar, lo que les permitió destacarse desde el inicio de su carrera.
A partir de 2016, Moon Bin se unió al grupo de música surcoreano ASTRO junto a: MJ, Jinjin, Cha Eun-Woo, Rocky y Yoon San-Ha. Como parte del grupo, desempeñó roles como vocalista, bailarín, actor y ocasionalmente como rapero. En ese mismo año, el grupo tuvo su propio programa de reality titulado Astro OK! Ready.
El primer EP de ASTRO, titulado Spring Up, se publicó el 23 de febrero de 2016, con su canción principal Hide & Seek. Desde el inicio de su carrera musical con el grupo, su popularidad aumentó y ganó reconocimiento a nivel mundial.
El 24 de abril de 2020, Moon Bin se unió al elenco principal de la serie web Mermaid Prince, interpretando a Choi Woo Hyuk, un joven misterioso que dirige una casa de huéspedes y que se encuentra con Hye Ri (interpretada por Jung Shin-hye) durante su viaje de graduación. La serie finalizó el 29 de mayo del mismo año, y en noviembre, Moon Bin volvió a interpretar a Choi Woo-Hyuk en la precuela Mermaid Prince: The Mermaid Prince: The Beginning, también como miembro del elenco principal.
Además de su carrera actoral, Moon Bin participó en la primera sub-unidad de ASTRO junto a su compañero Yoon San-Ha, lanzando el álbum In-Out, que incluía como canción principal el sencillo Bad Idea. El vídeo oficial se publicó en el canal oficial de ASTRO.
En 2019, Moon Bin empezó a tomar descansos intermitentes debido a problemas de salud. Según su agencia, el cantante no se encontraba bien del todo y necesitaba tomarse un descanso por recomendación médica.
Para el 2021, gracias al apoyo de su amigo y compañero MJ, Moon Bin compuso por primera vez una canción, Footprint, que se incluyó en el EP Switch On. Al año siguiente, junto con su grupo de K-pop, publicó lo que sería su último trabajo musical en ASTRO: el álbum de estudio Drive To The Starry Road.
Antes de su fallecimiento, Moon Bin tenía planes de realizar una gira por Latinoamérica junto a San-Ha en 2023, además del tour Diffusion que estaba muy próximo.
