1996年，剛畢業(yè)的劉威葳參演了軍旅題材電視劇《紅十字方隊(duì)》，飾演了善良堅(jiān)韌的女兵“司琪”，因而受到關(guān)注。畢業(yè)后她卻不想演戲，在國外呆了一年，回國后擔(dān)任了央視節(jié)目《祖國各地》的外景主持人。
2000年，沉寂的她開始重新接戲，出演了高群書執(zhí)導(dǎo)的犯罪懸疑電視劇《
命案十三宗》。
2003年，與孫紅雷等人合作出演了高群書執(zhí)導(dǎo)的犯罪電視劇《
征服》，飾演李梅，在劇中是一個(gè)對孫紅雷愛得死去活來，為了他不惜拋棄一切亡命天涯的女孩，因此被觀眾熟知，之后片約接踵而來。
2004年，在反黑題材電視劇《角力》（原名《權(quán)利場》）中飾演“海歸’的醫(yī)學(xué)博士，擁有美麗的外表、淵博的學(xué)識、良好的教養(yǎng)，但依舊是個(gè)悲情角色；之后與柯藍(lán)、何晴共同出演情感電視劇《女人背后的女人》。
2005年，出演了情感生活劇《決不饒恕》，飾演楚潔；隨后出演了反特懸疑劇《古城諜影》，飾演經(jīng)歷復(fù)雜的“女特務(wù)”駱春憶；還出演了都市懸疑劇《撕開你的傷口》，飾演活潑大方而又神秘莫測的心理醫(yī)生。
2006年，被導(dǎo)演王小帥選為電影《
左右》的女主角，飾演拯救孩子生命的母親枚竹，是一個(gè)內(nèi)心十分矛盾的角色，該片是她演藝生涯的第一部真正意義的大銀幕作品。
2007年，在改編自電影的反特電視劇《保密局的槍聲》中再次飾演一名女特務(wù)；之后與方中信、張嘉倪等人出演家庭情感劇《又見一簾幽夢》，飾演知性而寬容的“沈隨心”，為愛而放棄理想，漂泊守候，溫暖愛人。
2008年，她憑借電影《左右》入圍第58屆柏林電影節(jié)主競賽單元，首次走上柏林紅毯；還在犯罪劇《正義永恒》中飾演年輕漂亮的電腦工程師文麗。
2009年，加盟抗戰(zhàn)劇《
我的團(tuán)長我的團(tuán)》，飾演女主角上官戒慈，是一個(gè)外表端莊柔弱內(nèi)心剛強(qiáng)的緬甸華僑，在劇中與迷龍、龍文章產(chǎn)生過感情；隨后再次與張國強(qiáng)搭檔出演年代劇《大掌柜》，扮演一位知書達(dá)禮，大膽努力追尋愛情的滿清格格陸瓔；還在諜戰(zhàn)電影《
風(fēng)聲》中飾演了女特工。
2010年，先出演了懸疑諜戰(zhàn)劇《風(fēng)聲傳奇》，她在該劇第一篇《風(fēng)聲篇》中飾演女特工李寧玉，沉著機(jī)智、攻于心機(jī)；接著出演了情感劇《媽媽我愛你》，扮演女強(qiáng)人母親龐婉麗；同年還出演了警匪電影《
預(yù)審》，飾演精明干練的白領(lǐng)。
2011年2月，出演愛情電影《我們約會(huì)吧》，在片中飾演《我們約會(huì)吧》節(jié)目的制片人，是個(gè)女強(qiáng)人；5月，出演了由《北風(fēng)那個(gè)吹》原班人馬制作的年代情感劇《雪花那個(gè)飄》，塑造了女詩人徐文麗這一形象，對文學(xué)有著不懈的追求，偶爾有些虛榮、嬌柔做作；6月，在紅色題材電視劇《新四軍女兵》中飾演剛烈正直的文藝女教官杜鐵英；7月，主演了諜戰(zhàn)傳奇劇《
香草美人》，扮演愛國女作家凌煙，在亂世中機(jī)緣巧合的走上了特工的道路；9月，與許亞軍搭檔在電視劇《
老爸的筒子樓》中飾演了一對“閃婚”夫妻，經(jīng)歷生活磨練，感情日久彌堅(jiān)。
2012年3月，主演年代商戰(zhàn)劇《
向東是大海》，扮演傳奇女人董芝霞，從富家千金、革命黨人成為茶場主人，銀行經(jīng)理；8月，出演家庭情感劇《
大家庭》，飾演命途多舛的陳涵秋；12月30日，出演賀歲電影《
雙人床條約》，飾演母親丁雪莉，為了不傷害孩子而選擇與前夫離婚后仍“潛伏”生活在一起。
2013年8月，與濮存昕、張國強(qiáng)共同出演改編自同名小說的電視劇《
推拿》，飾演盲人按摩師孔佳玉，憑借該角色獲得第二屆中國電視劇導(dǎo)演工作委員會(huì)年度表彰盛典優(yōu)秀女主角；9月，在年代情感劇《遙遠(yuǎn)的婚約》中飾演文藝知青喬慧敏。
2014年10月，參與拍攝的諜戰(zhàn)電視劇《刀尖上的搏殺》殺青；12月，主演家庭情感劇《坐88路車回家》，飾演小學(xué)副校長高山，在因緣巧合下與黃元帥結(jié)成歡喜冤家，高冷寂的外表下隱藏著真善美。
2015年5月5日，她主演的家庭情感劇《坐88路車回家》在山東衛(wèi)視、遼寧衛(wèi)視上星播出；還主演了年代情感劇《一馬換三羊》，變身女屠夫沈小紅，隱忍善良、刀子嘴豆腐心的女人；7月4日，主演的抗戰(zhàn)劇《
東北抗日聯(lián)軍》在央視一套播出，與王洛勇、成泰齙熱撕獻(xiàn)鰨在劇中演繹“抗聯(lián)之母”趙一曼一角，為國家奉獻(xiàn)一生的抗日女英雄。
