劉詩詩在電視劇《月影風荷》出道,接著在其它連續劇包括出演《少年楊家將》、《聊齊奇女子》而漸露頭角,後因在武俠劇《射鵰英雄傳 》中成功詮釋少俠女穆念慈一角而成名,被稱為「史上最清純的穆念慈」 。更出演神話劇《仙劍奇俠傳三》中復活的春秋戰國時代之姜國公主龍葵一角,突破了以往塑造的「溫婉女子」的藩籬。後在武俠劇《倚天屠龍記 》中客串神秘俠女黃衫女子一角,其清麗脫俗造型和驚艷的演出,又被譽為「史上最美黃衫女子」。 在勵志劇《天涯織女》,選角指導原本思慮讓劉詩詩為主角黃巧兒,但看完劇本後她欲飾演南宋末代公主趙嘉儀這個刁蠻、但勇敢、善良、痴情、識大體的一角,在此劇演繹多面性格,證明可以「勝任多變角色的能力」。
音樂影片除外,劉詩詩已在年代劇和古裝劇多年,於2011年嘗試另一種角色突破,扮演現代人物; 在勵志
電影劇《下一個奇蹟》飾演職業女性李佳怡,
穿越連續劇《步步驚心》飾馬爾泰·若曦 (張曉),和
偶像劇《天使的幸福》飾李曉涵 。在《步步驚心》,劉詩詩也演唱登場。