刘心悠，因拍摄“中华航空”电视广告而出道。出道后联手八大影帝出演《阿嫂传奇》，声势逼人，被提名2006年香港电影金像奖最佳新演员。 2006年至2010年期间，接连出演了中日泰合拍的恐怖片《黑夜》以及《大电影2.0之两个傻瓜的荒唐事》《出埃及记》《鱼狗》等电影。她被大陆观众熟悉是源于2011年与吴奇隆、刘诗诗合作的电视剧《步步惊心》，她在剧中出演若曦的姐姐马尔泰·若兰。 2013年，搭档郭富城参演《浮城大亨》，片中刘心悠一改之前的清装造型，突破自身演技。2014年，在清穿剧《步步惊心》的姊妹篇《步步惊情》中饰演马伊诺 ；同年12月23日签约吴奇隆工作室。2016年4月8日，搭档周柏豪主演的爆笑爱情喜剧《我的老婆是明星》在内地上映，刘心悠在片中饰演“当红明星”朱淇，这也是双方二次合作。2018年5月21日，刘心悠参演的电视剧《宫心计2：深宫计》播出，在剧中饰演一位平民公主，这是其首度参与拍摄TVB剧集。2019年5月1日，出演的电影《下一任：前任》上映，在片中饰演李洁茹，该片票房累计破亿；5月13日，主演的都市女性成长剧《生活家》在央视八套播出。2022年5月18日，为电影《我们的开学礼》进行最后拍摄；5月27日，出席ViuTV剧《冥冥之中》发布会；7月23日，参演的电视剧《狮子山下》开播。