2004年，拍摄“中华航空”电视广告。2005年，参演电影《阿嫂》，凭借《阿嫂传奇》提名2006年香港电影金像奖最佳新演员。2006年，与郭品超、柏原崇、濑户朝香等合作恐怖鬼片《黑夜之鬼邻》，该片是香港、日本、泰国三地三个故事组成的一部恐怖片。

　　2007年，刘心悠出演《大电影2.0之两个傻瓜的荒唐事》，与姚晨、谢娜、黄渤等合作。

　　2009年，刘心悠与蓝正龙、柯有纶等合作爱情电影《爱到底·华山24》，与蓝正龙在剧中饰演一对情侣;同年，参演《鱼狗》，出演陈小幸一角，与张雁名在剧中饰演一对亡命鸳鸯。