1999年，刘烨因主演电影《那山那人那狗》饰演山村男孩步入影坛，该片获蒙特利尔国际电影节最受观众欢迎故事片奖  。2001年，刘烨凭借电影《蓝宇》获得台湾电影金马奖最佳男主角奖  。2002年主演《巴尔扎克与小裁缝》，代表法国入围美国金球奖最佳外语片  。2004年，主演电影《美人草》获得中国电影金鸡奖最佳男主角奖  。2008年，主演电影《硬汉》，饰演“老三”，获得第3届大学生影像节最受瞩目男演员奖  。2011年在电影《建党伟业》中饰演毛泽东，该片获五个一工程奖  。2013年，与成龙合作电影《警察故事2013》，打破中国内地警匪片的票房纪录  。

　　2003年，在海岩剧作《拿什么拯救你，我的爱人》饰演龙小羽走红  。2005年，主演电视剧《血色浪漫》饰演钟跃民  。2014年主演电视剧《北平无战事》饰方孟敖。  

　　2013年，担任东方卫视《中国达人秀》“V5季”评委  ，2014年任东方卫视户外旅游真人秀节目花样爷爷挑夫  。2013年6月27日，被法国文化部授予“法兰西文学艺术骑士勋章”  。2014年2月5日，获以色列旅游部长乌齐·兰多授予以色列旅游亲善大使  。

　　2015年，刘烨与儿子刘诺一加盟湖南卫视亲子户外真人秀节目《爸爸去哪儿第三季》。