2004年,劉庭羽與丁夢雨,高露合作主演的都市劇《陽光麗人》在北京電視臺四套首播,在劇中飾演客務(wù)部職員柳清書；同年,她與邵峰,岳翎合作出演的武俠劇《天劍群俠》播出。2005年,劉庭羽與王茜合作出演都市劇《美味關(guān)系》,在劇中飾演落落大方的文瑤；同年,她與李冰冰,陳坤合作出演的武俠劇《長劍相思》播出。2006年,劉庭羽與吳迪,何中華合作主演青春劇《非常女生》；同年,她與張家輝,喬振宇合作出演的古裝劇《新醉打金枝》在安徽衛(wèi)視播出,在劇中飾演心機深沉的洛霞。2008年,劉庭羽與丁嘉麗,馬詩紅合作主演的都市劇《特別的愛》播出。2009年,劉庭羽與陳松伶,蔣毅合作主演的都市劇《單親媽媽》播出,在劇中飾演愛慕虛榮,手段卑鄙的女明星方紫依。2010年,劉庭羽主演的懸疑片《天上掉下個林妹妹》上映,隨后憑借該片獲得第十屆長春國際電影節(jié)最佳新人獎；同年,她與董璇,郭晉安合作主演的古裝劇《刁蠻嬌妻蘇小妹》在廣東衛(wèi)視播出,在劇中飾演氣質(zhì)清新脫俗,琴棋書畫俱佳的盧彩蝶。2011年,劉庭羽與鐘欣潼,蔣毅合作主演的神話劇《女媧傳說之靈珠》播出,在劇中飾演上古大神女媧的右護(hù)法騰蛇,之后,憑借該劇獲得優(yōu)酷影視盛典新銳演員獎；隨后,她主演的懸疑片《不要和他約會》上映,片中飾演蘇真；同年,其與安以軒,馮紹峰合作出演的古裝劇《后宮》在浙江衛(wèi)視播出,在劇中飾演個性溫柔善良,楚楚可人的柏含香；12月17日,與張若昀,李曼合作出演的諜戰(zhàn)劇《黑狐》在四川衛(wèi)視播出,在劇中飾演新四軍女軍官劉佳穎。2012年,劉庭羽與甘婷婷,鄭嘉穎聯(lián)合主演的古裝劇《深宮諜影》在湖南衛(wèi)視播出,在劇中飾演個性強悍,嫉妒心強的太子妃；同年,與歐陽震華聯(lián)合主演的古裝劇《天生無才》在福建東南衛(wèi)視播出,劇中飾演智慧美女鞠瑩瑩。2013年,劉庭羽與劉心悠,李承鉉合作主演的古裝劇《唐宮燕》在湖南衛(wèi)視播出,在劇中飾演敦厚善良,氣度非凡的孟凡。2014年,劉庭羽與譚耀文,穆婷婷合作主演的神話劇《土地公土地婆》在深圳衛(wèi)視播出,在劇中飾演相貌丑陋卻內(nèi)心善良的張若水；隨后,她與李威合作主演的驚悚片《血彩》上映,在片中飾演堅強刻苦的晗玥；同年,其與楊冪,李易峰等合作出演的仙俠劇《古劍奇譚》在湖南衛(wèi)視播出,在劇中飾演溫和慈愛的太古大神女媧。2015年,劉庭羽與蔣毅搭檔主演的武俠劇《仙俠劍》在央視八套播出,在劇中飾演嫉惡如仇,智勇雙全的何玉鳳；隨后,她與安以軒,蔣毅合作主演的古裝劇《金釵諜影》播出,在劇中飾演自小被寵愛,性格驕傲的郡主果馨；同年,其與徐佳共同主演的抗戰(zhàn)劇《伏擊》播出,在劇中飾演思想單純,溫柔善良的地下黨袁玉婷；10月20日,與陳浩民,穆婷婷合作主演的神話劇《新濟(jì)公活佛》在湖南衛(wèi)視播出。2016年,劉庭羽與陳浩民,穆婷婷合作出演的玄幻劇《天天有喜2之人間有愛》在湖南衛(wèi)視播出；同年,她搭檔秦海璐,郭曉東共同出演的都市劇《媽媽向前沖沖沖》播出,在劇中飾演為人直率熱心的尹蓓蓓。2017年,劉庭羽與章小軍,譚凱合作主演的都市劇《暖男記》播出,在劇中飾演時尚女主播梁馨；隨后,她與何明翰,閆霖飛合作主演的抗戰(zhàn)劇《鐵血榮耀》播出,在劇中飾演性格直爽,重情重義,正直愛國的高怡然；同年,其與張睿,李曼合作出演神話劇《封神之天啟》。2018年,劉庭羽與佟夢實,毛曉慧合作出演武俠劇《神雕俠侶》。2019年,劉庭羽出演的古裝劇《絕世千金》在愛奇藝視頻播出；隨后,她與肖戰(zhàn),王一博等合作出演的仙俠劇《陳情令》在騰訊視頻播出；同年,其與楊紫,吳亦凡合作出演古裝劇《青簪行》。2021年,劉庭羽與高露,蔣毅合作主演的都市劇《暖陽之下》在央視八套播出,在劇中飾演涂悅。劉庭羽演藝生涯中的圖集劉庭羽活動寫真劉庭羽寫真劉庭羽個人照劉庭羽劉庭羽寫真劉庭羽寫真劉庭羽生活照劉庭羽自拍照劉庭羽婚紗寫真劉庭羽出席活動

2011年07月25日,劉庭羽委托明星書院將自己與“國腳”郜林的定情抱枕用于拍賣,并且許諾會將拍賣所得用于購買書籍捐贈給山區(qū)孩子。