刘剑伟在早在2002年8月参演由成志城执导的古装剧《皇后进宫》，剧中饰演角色风行；后在2005年参演由李达超执导的古装武侠电视剧《傲剑江湖》（又名《把酒问青天》）剧中饰演角色驼叔。

2006年1月参演刘阳执导、由民间传说改编的电视剧《天外飞仙》，剧中饰演角色霍教头；同年4月参演由鞠觉亮、邹集成执导的古装剧《李卫辞官》，剧中饰演角色瓦剌首领；同年7月参演由冷杉执导的古装历史剧《昭君出塞》，剧中饰演角色廷尉；同年11月参演由李文龙执导的武侠剧《八阵图》（又名《神鬼八阵图》），剧中饰演角色陈玄礼。

2008年7月参演由李国立执导，胡歌、林依晨、等人主演的古装武侠剧《射雕英雄传》，剧中饰演角色全真七子（谭处端）；同年9月参演由吴家骀执导的古装玄幻仙侠剧《王屋山下的传说》，剧中饰演角色吾须。

2010年2月参演由李仁港执导，甄子丹、赵薇、等人主演的武侠片电影《锦衣卫》，剧中饰演角色天鹰七雄之首；同年11月参演由张自强执导的军旅剧《零号国境线》，剧中饰演角色钟德全。

2011年参演由李仁港执导，黎明、张涵予、刘亦菲、冯绍峰、等人主演的古装战争动作片《鸿门宴》，剧中饰演角色白狼。

2012年主演由钱永健执导的数字电影《带我归山》剧中饰演角色花武；同年6月参演由吴锦源执导的古装神话剧《搜神记》，剧中饰演角色勾叶。

2014年2月参演由张轩南执导的战争剧《冷枪手》，剧中饰演角色蔡金荣；2015年参演由海涛执导的系列电影《侠僧探案传奇之洛阳花会》、《侠僧探案传奇之白马镖局》剧中饰演角色于海山；同年2月参演由李仁港执导，成龙、约翰·库萨克、阿德里安·布洛迪等人主演古装动作电影《天将雄师》，剧中饰演角色马闯。

2016年2月参演由陈卫国、繁华联合执导的电视剧《老子传奇》，剧中饰演角色李缭；同年7月参演由林峰、陈权执导的古装历史剧《秀丽江山之长歌行》，剧中饰演角色王匡；同年主演系列电影《八卦拳之武林争霸》、《八卦拳之不共戴天》等，剧中饰演角色兰广义。

2017年主演由高成岗执导的电影《冒牌镖师》，剧中饰演角色秦振威；同年12月参演由徐克监制，袁和平

执导的奇幻武侠电影《奇门遁甲》，剧中饰演角色烈火老祖等。

2020年9月，编剧、执导并担任制片的电影《封神天下杨戬传》开机。

2023年4月23日，参演的革命历史剧《战火中的青春》播出，在剧中饰演章老师。