1993年刘琳在电影《高楼边》中塑造了自己的第一个银幕形象女高中生宗小玫。同年高中毕业后考入了北京电影学院表演系。在校期间她主演了几十集电视剧和数部电影故事片。
1994年与张国荣、吴倩莲、黄磊共同主演电影《夜半歌声》，在片中饰演蓝蝶。
1999年联合巍子主演家庭伦理剧《没有家园的灵魂》饰演女主角严文清。
2000年刘琳凭借着在张元执导的电影《过年回家》中的出色表现，获得第13届新加坡国际电影节最佳女主角奖。之后与齐志、汤加丽主演电视电影《刑警故事》饰舒菲。同年出演的电视剧《给我一支烟3今夜无眠》播出。
2001年领衔主演何群执导的电影《平原枪声》饰演苏建梅。同年出演时装剧《城市女人心》。2003年与施京明、姚芊羽主演农村题材电视剧《脚下天堂》，同年在爱情剧《追梦谷》中饰演孙卉。
2004年与梅婷主演校园爱情剧《香樟树》饰陶妮，该剧获得获五个一工程奖。
2005年领衔主演数字电影《遭遇・阮玲玉》。同年在传记题材剧《冼星海》中饰演钱韵玲。
2006年6月在北京电影学院大力支持的电影《丛飞》中饰演丛飞的妻子邢丹。
2007年领衔主演以真实史料为背景的抗日间谍剧《五号特工组》，饰演原国民政府国防部中校参谋、中共地下党员欧阳剑平。同年主演高翊浚执导的情感伦理剧《因爱之名》。
2008年与许亚军领衔主演导演安战军继《一年又一年》后执导的又一部生活剧《原谅》。随后与王亚楠主演爱情偶像剧《结婚吧我会更爱你》饰陈歌。
2009年搭档斯琴高娃、宋春丽主演年代情感题材剧《娘》。同年出演纪念汶川地震三周年的电影《72小时》中肖涵若一角。在安战军执导的电影《万家灯火》中饰演二媳妇。8月因在电影《沂蒙六姐妹》中饰演王坪，被授予沂蒙荣誉市民称号。
2010年与马跃领衔主演电影《公道天职》。同年参演革命历史儿童题材剧《小小飞虎队》。
2011年参演连奕名自导自演的军医题材剧《五湖四海》饰朱秀娥。同年在原班人马打造的电视剧《五号特工组2》中再次饰演欧阳剑平一角。
2012年出演郭涛、梅婷领衔主演的情感剧《父母爱情》，并因扮演的没文化、不讲卫生、粗野的农村妇女江德花一角入围第27届中国电视金鹰奖众喜爱的电视剧演员奖。
2014年出演传记题材电影《启功》，在片中饰演启功青年时代的妻子章宝琛，是个端庄贤惠，勤俭持家的好妻子。
2015年3月出演的改编自台湾同名影片的亲情励志年代剧《搭错车》杀青。随后主演电影《亲娘》，电影讲述了抗战时期，江苏宜兴地区的农民帮助新四军缴获日军步兵炮，攻下日军根据地，成功将苏浙皖抗日根据地连成一片的故事。客串都市女性时尚题材电视剧《欢乐颂》，饰演养老院院长秀媛一角。