Tidak seperti kebanyakan aktris yang memulai karier dari peran kecil di drama televisi, Kim Go Eun menandai debutnya lewat film layar lebar indie kontroversial berjudul A Muse (Eungyo) pada tahun 2012. Ia bahkan menjadi salah satu pemeran utama film tersebut.
Go Eun mengalahkan lebih dari 300 kandidat untuk peran utama sebagai Han Eun Gyo dengan modal pengalaman dalam produksi mahasiswa dan pertunjukan teater sekolah saja. Di film tersebut, Go Eun berperan sebagai siswi SMA yang memikat seorang penyair tua. Perannya sendiri menuntut keberanian emosional dan dedikasi tinggi.
Aktingnya yang mentah dan fenomenal langsung menyapu bersih penghargaan Aktris Pendatang Baru Terbaik di hampir seluruh ajang penghargaan bergengsi Korea Selatan pada tahun tersebut, termasuk Grand Bell Awards dan Blue Dragon Film Awards. Sang sutradara Jung Ji Woo juga memuji akting Go Eun dan mengatakan bahwa aktris tersebut tumbuh selama proses pembuatan filmnya.
Meski sedang di puncak ketenaran, Kim Go Eun memilih hiatus untuk menyelesaikan pendidikan tingginya dan meraih gelar sarjana. Ia baru kembali ke dunia hiburan dua tahun setelahnya, yakni pada tahun 2014.
