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 。
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。
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。
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 。
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。
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。
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。
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》。
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