2002年制片人游建鸣在无意中看见了刘亦菲任形象代言的广告,让刘亦菲出演《金粉世家》中白秀珠一角而成名,刘亦菲正式进入娱乐圈。
2003年刘亦菲被制片人张纪中选中,出演2003年央视版《天龙八部》并饰演王语嫣,刘亦菲饰演的王语嫣一角,被冠以“神仙姐姐”的称号。2004年7月份刘亦菲与陈柏霖、五月天合作拍摄的电影《五月之恋》正式上映,这是刘亦菲进入电影圈的第一部作品;11月13日,刘亦菲再次与林志颖合作的作品,第二部爱情电影《恋爱大赢家》上映,该片由导演朱延平导演,刘亦菲饰演金巧莉。
2005年刘亦菲与胡歌、安以轩、刘品言等主演的第一部由游戏改编的古装剧《仙剑奇侠传》热播,刘亦菲饰演女一号赵灵儿,刘亦菲把灵儿的痴情、天真、纯洁、伤心和悲惨都演得活灵活现。
2006年刘亦菲又接演了张纪中的另一部古装戏《神雕侠侣》,在剧中饰演女一号小龙女,随着电视剧的热播,刘亦菲俘获更多粉丝。5月份,刘亦菲签约日本索尼音乐娱乐公司;9月5日,刘亦菲首张音乐专辑《刘亦菲》在内地、香港、日本发行。
2011年刘亦菲出演新版《倩女幽魂》,刘亦菲所饰演女主角聂小倩不是“鬼”而是“妖”,并与古天乐饰演的燕赤霞以及和余少群饰演的宁采臣发生前世今生的凄美爱情;11月份,刘亦菲在电影《鸿门宴》中饰演烈女虞姬,与冯绍峰饰演的项羽为“霸王别姬”这段千古绝恋的爱情神话增添了完美的一笔。
2012年刘亦菲主演的武侠电影《四大名捕》和历史电影《铜雀台》先后上映。在陈嘉上导演的《四大名捕》中刘亦菲饰演无情一角,与邓超、郑中基、邹兆龙组成全新的“四大名捕”。该片在2012年暑假档斩获两亿票房,其续集《四大名捕2》《四大名捕3》以3D电影形式连拍,刘亦菲继续出演;在《铜雀台》中刘亦菲饰演为“刺曹”而生的杀手灵雎,此外刘亦菲还演唱了影片主题曲《等雪来》。