1993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。
1993年，刘琳在电影《高楼边》中与朱旭、吕中合作，塑造了自己的第一个银幕形象女高中生宗小玫。
1994年，在校期间与张国荣、吴倩莲、黄磊共同主演剧情电影《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》饰演在金钱和爱情面前迷失方向严文清。
2000年，刘琳凭借在张元执导的电影《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战争电影《平原枪声》，在剧中饰演爱国女青年苏建梅；同年，与何家劲，杨童舒共同主演时装剧《城市女人心》，在剧中饰演脾气火爆的向茹。
2003年，与施京明、姚芊羽主演农村题材剧《脚下天堂》,饰演倔强的女教师江群；同年，与朱时茂、郭柯宇共同主演爱情剧《追梦谷》，在剧中饰演精明漂亮的销售主管孙卉。
2004年，与梅婷共同主演校园爱情剧《香樟树》，在剧中饰演善良隐忍的陶妮。
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人物传记电影《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、睿智果敢的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生活剧《原谅》，饰演知青徐青。
2009年，搭档斯琴高娃、宋春丽主演年代情感题材剧《娘》饰演命运多舛的灵芝，。同年出演纪念汶川地震三周年的电影《72小时》中白衣天使肖涵若一角。在安战军执导的电影《万家灯火》中饰演二媳妇刘玉兰。8月因在电影《沂蒙六姐妹》中饰演支前模范大嫂春英，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》。
2011年，参演连奕名自导自演的军旅题材剧《五湖四海》饰军人家属朱秀娥。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》，并因扮演的虽没文化但是善良任劳任怨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》。
2015年6月，主演刘飚执导的年代大戏《金水桥边》，与梁冠华合作饰演其夫人关白氏；10月，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。11月参演亲情大戏《亲娘木兰》。
2017年8月，在管虎、费振翔指导的当代都市剧《大叔与少年》中饰演温婉恬静的单亲妈妈赵荔。同年参演古装传奇剧《琅琊榜之风起长林》饰演反派莱阳太夫人。
2018年，与冯绍峰，赵丽颖，朱一龙共同主演了由正午阳光出品，侯鸿亮担任制片人，张开宙执导，曾璐、吴桐编剧的现实主义古装大剧《知否知否应是绿肥红瘦》，饰演盛家大娘子王若弗，凭借在该剧中的表现入围25届上海电视节白玉兰奖最佳女配角。同年主演大型军旅题材电视剧《尉官正年轻》（现改名：我们正年轻）。
2019年4月，出演浪漫都市爱情剧《你是我的命中注定》。8月13日，参演的青春运动励志剧《极限17：羽你同行》播出。
2020年1月24日，在2020年中央广播电视总台春节联欢晚会上与郭涛、梅婷等表演小品《父母爱情》。
影视奖项
荣誉称号
上海电视节-白玉兰奖
电影《过年回家》的成功至少证明了一点，刘琳是个可塑性极强的实力派好演员。刘琳既能扮演角色清纯漂亮的女学生、女记者、女主持人，也能扮演成熟秀丽的女科技工作者、女革命家、女作家，还能扮演女吸毒犯等反派角色。刘琳的表演松弛、自然、真实，往往能够给观众带来心灵的震撼和极强的视觉冲击力。
因出演《香樟树》中纯朴、憨厚的老实人陶妮而被观众熟悉的刘琳，一直以来给人的印象大都是如戏中角色一般的朴实，甚至还有点“土气”，但是自从应邀为时尚杂志拍摄完一组性感照片后，大家才发现也是可以如此性感。