Tidak lama setelah kemunculan Siwon di Televisi, SM Entertainment memberi pernyataan resmi bahwa mereka akan mendebutkan boy band beranggotakan 12 orang bernama Super Junior 05, di mana Siwon menjadi salah satu anggotanya.
Beberapa bulan sebelum debut sebagai Super Junior 05, Siwon muncul secara resmi di media dengan rekan sesama anggota boy band, Han Geng, sebagai salah satu model di fashion show Bum Suk.
Siwon resmi debut dengan proyek grup 12-member yang akan dirotasi, Super Junior 05, pada 6 November 2005 di acara musik Popular Songs SBS. Mereka menampilkan single pertama, "Twins (Knock Out)". Album debut mereka SuperJunior05 (Twins) dirilis pada 5 Desember 2005 dan menempati peringkat #3 di tangga bulanan MIAK K-pop.
Bulan Maret 2006, setelah SM Entertainment merekrut member baru Kyuhyun, grup ini menghilangkan "05" dan resmi bernama Super Junior. Single pertama bentuk baru grup ini "U" dirilis 7 Juni 2006. Pada musim gugur 2007, Siwon bersama Super Junior merilis album kedua, Don't Don, yang berhasil menjadi album terlaris kedua setelah SG Wannabe pada tahun tersebut.
Pada bulan April 2008, Siwon dimasukkan ke dalam tujuh anggota sub-grup Super Junior-M, sebuah subgrup Mandopop dari Super Junior untuk industri musik China. Mereka memulai debutnya di Tiongkok pada Penghargaan Tangga Musik Tahunan ke-8, bersamaan dengan perilisan video musik pertama mereka, "U" pada 8 April 2008.
Hal ini diikuti dengan perilisan album studio debut berbahasa Mandarin, Me di provinsi-provinsi terpilih di Tiongkok pada 23 April dan 2 Mei di Taiwan. Single sukses mereka sebagai Super Junior adalah pada rilisan "Sorry, Sorry" di Maret 2009, yang membantu mereka mencapai kesuksesan global.
Album ini menandai kesuksesan mereka, berhasil menjuarai tangga lagu di acara musik SBS, MBC, KBS, Mnet sekaligus meraih penjualan album tertinggi di Korea dan meraih penghargaan tertinggi di bidang musik Korea Selatan, Disk Album Daesang di Golden Disk Award 2009.