2002年主演个人首部电视剧《金粉世家》，从而踏入演艺圈。2003年因主演武侠剧《天龙八部》崭露头角。2004年凭借仙侠剧《仙剑奇侠传》赵灵儿一角获得了高人气与关注度。2005年因在金庸剧《神雕侠侣》中饰演小龙女受到广泛关注。2006年发行首张国语专辑《刘亦菲》；同年，成为金鹰节历史上首位金鹰女神。2007年当选“中国80后十大杰出代表人物 。2008年起转战影坛，并凭借动作片《功夫之王》成为首位荣登IMDB电影新人排行榜榜首的亚洲女星。2009年在“80后新生代娱乐大明星”评选活动中获封“四小花旦”之一。2011年主演古装片《鸿门宴》。
2014年，凭借出演剧情片《铜雀台》中灵雎一角获得第5届澳门国际电影节最佳女主角。2016年，凭借出演爱情片《第三种爱情》中邹雨一角获得第16届华语电影传媒大奖最受瞩目女演员 ；同年，其主演的文艺片《夜孔雀》入围了第40届蒙特利尔国际电影节主竞赛单元。2017年11月30日，确定出演迪士尼真人版剧情电影《花木兰》；12月29日，其主演的奇幻片《二代妖精之今生有幸》上映。
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