2004年,刘庭羽与丁梦雨,高露合作主演的都市剧《阳光丽人》在北京电视台四套首播,在剧中饰演客务部职员柳清书；同年,她与邵峰,岳翎合作出演的武侠剧《天剑群侠》播出。2005年,刘庭羽与王茜合作出演都市剧《美味关系》,在剧中饰演落落大方的文瑶；同年,她与李冰冰,陈坤合作出演的武侠剧《长剑相思》播出。2006年,刘庭羽与吴迪,何中华合作主演青春剧《非常女生》；同年,她与张家辉,乔振宇合作出演的古装剧《新醉打金枝》在安徽卫视播出,在剧中饰演心机深沉的洛霞。2008年,刘庭羽与丁嘉丽,马诗红合作主演的都市剧《特别的爱》播出。2009年,刘庭羽与陈松伶,蒋毅合作主演的都市剧《单亲妈妈》播出,在剧中饰演爱慕虚荣,手段卑鄙的女明星方紫依。2010年,刘庭羽主演的悬疑片《天上掉下个林妹妹》上映,随后凭借该片获得第十届长春国际电影节最佳新人奖；同年,她与董璇,郭晋安合作主演的古装剧《刁蛮娇妻苏小妹》在广东卫视播出,在剧中饰演气质清新脱俗,琴棋书画俱佳的卢彩蝶。2011年,刘庭羽与钟欣潼,蒋毅合作主演的神话剧《女娲传说之灵珠》播出,在剧中饰演上古大神女娲的右护法腾蛇,之后,凭借该剧获得优酷影视盛典新锐演员奖；随后,她主演的悬疑片《不要和他约会》上映,片中饰演苏真；同年,其与安以轩,冯绍峰合作出演的古装剧《后宫》在浙江卫视播出,在剧中饰演个性温柔善良,楚楚可人的柏含香；12月17日,与张若昀,李曼合作出演的谍战剧《黑狐》在四川卫视播出,在剧中饰演新四军女军官刘佳颖。2012年,刘庭羽与甘婷婷,郑嘉颖联合主演的古装剧《深宫谍影》在湖南卫视播出,在剧中饰演个性强悍,嫉妒心强的太子妃；同年,与欧阳震华联合主演的古装剧《天生无才》在福建东南卫视播出,剧中饰演智慧美女鞠莹莹。2013年,刘庭羽与刘心悠,李承铉合作主演的古装剧《唐宫燕》在湖南卫视播出,在剧中饰演敦厚善良,气度非凡的孟凡。2014年,刘庭羽与谭耀文,穆婷婷合作主演的神话剧《土地公土地婆》在深圳卫视播出,在剧中饰演相貌丑陋却内心善良的张若水；随后,她与李威合作主演的惊悚片《血彩》上映,在片中饰演坚强刻苦的晗玥；同年,其与杨幂,李易峰等合作出演的仙侠剧《古剑奇谭》在湖南卫视播出,在剧中饰演温和慈爱的太古大神女娲。2015年,刘庭羽与蒋毅搭档主演的武侠剧《仙侠剑》在央视八套播出,在剧中饰演嫉恶如仇,智勇双全的何玉凤；随后,她与安以轩,蒋毅合作主演的古装剧《金钗谍影》播出,在剧中饰演自小被宠爱,性格骄傲的郡主果馨；同年,其与徐佳共同主演的抗战剧《伏击》播出,在剧中饰演思想单纯,温柔善良的地下党袁玉婷；10月20日,与陈浩民,穆婷婷合作主演的神话剧《新济公活佛》在湖南卫视播出。2016年,刘庭羽与陈浩民,穆婷婷合作出演的玄幻剧《天天有喜2之人间有爱》在湖南卫视播出；同年,她搭档秦海璐,郭晓东共同出演的都市剧《妈妈向前冲冲冲》播出,在剧中饰演为人直率热心的尹蓓蓓。2017年,刘庭羽与章小军,谭凯合作主演的都市剧《暖男记》播出,在剧中饰演时尚女主播梁馨；随后,她与何明翰,闫霖飞合作主演的抗战剧《铁血荣耀》播出,在剧中饰演性格直爽,重情重义,正直爱国的高怡然；同年,其与张睿,李曼合作出演神话剧《封神之天启》。2018年,刘庭羽与佟梦实,毛晓慧合作出演武侠剧《神雕侠侣》。2019年,刘庭羽出演的古装剧《绝世千金》在爱奇艺视频播出；随后,她与肖战,王一博等合作出演的仙侠剧《陈情令》在腾讯视频播出；同年,其与杨紫,吴亦凡合作出演古装剧《青簪行》。2021年,刘庭羽与高露,蒋毅合作主演的都市剧《暖阳之下》在央视八套播出,在剧中饰演涂悦。刘庭羽演艺生涯中的图集刘庭羽活动写真刘庭羽写真刘庭羽个人照刘庭羽刘庭羽写真刘庭羽写真刘庭羽生活照刘庭羽自拍照刘庭羽婚纱写真刘庭羽出席活动
2011年07月25日,刘庭羽委托明星书院将自己与“国脚”郜林的定情抱枕用于拍卖,并且许诺会将拍卖所得用于购买书籍捐赠给山区孩子。