刘俊孝出生于宁夏回族自治区，他大学就读于四川师范大学电影电视学院表演系本科班，并系统地学习了表演；在校期间，他还出演了学校组织的《终身大事》、《合同婚姻》等多部话剧。2006年，还在读大二的刘俊孝参加了山东卫视选秀娱乐节目《天使任务》的比赛，获得全国总决赛男生组前三甲；之后，刘俊孝得到了导演叶鸿伟的赏识，并获得了出演电视剧《会有天使替我爱你》的机会。

2007年，出演李承铉、李思思、金桢勋主演的爱情偶像剧《会有天使替我爱你》，在剧中饰演与那露相恋的牧洋，这是他的首部电视剧作品，从而正式进入演艺圈；同年，出演厉娜、阳蕾、袁嘉乐主演的青春偶像剧《那小子真帅》。

2008年，出演王硕执导的年代情感剧《人间烟火》，在剧中饰演有情有义的徐海。

2009年，与窦智孔、杨蓉合作主演年代情感剧《鲁冰花》，在剧中饰演翁秀子青梅竹马的玩伴高大宝。

2011年，与戴娇倩、霍政谚、张天其合作主演年代情感剧《怒海情仇》，在剧中饰演玩世不恭且欺软怕硬的富二代唐元贵；同年，出演张博、贾青、张勋杰主演的都市情感励志剧《囧人的幸福生活》，在剧中饰演医术精湛的林医生，这是他首次在影视作品中尝试医生的角色；之后，出演张全玮执导的都市情感剧《星座方程式》，在剧中饰演因不舍前女友而放弃国外学业的富二代晓军。

2012年3月，参加云南卫视养生类节目《养生汇》的录制；同年，出演吴奇隆、甘婷婷、张少华主演的抗战剧《向着炮火前进》，在剧中饰演榆木岭集中营日军上尉川上弘一，这是他首次在影视作品中尝试日本军人的角色；之后，出演陈伟祥执导的抗战剧《我的抗战之猎豹突击》，在剧中饰演打入日本黑龙会内部的八路军夏云峰。

2013年，与张光北、嘉男海林、陈炜合作主演革命战争剧《零号刺杀》，在剧中饰演国民党特务纪日辉；同年，与刘思彤、贾晓晨、袁心冉合作主演抗战剧《兄弟们上》，在剧中饰演有勇有谋、胆识过人的国民党17军31团某营2连战士三炮。

2014年，出演古天乐、郑秀文、吴镇宇主演的剧情电影《冲上云霄》，在片中饰演私人飞机公司老板Tony；同年，与张云龙、阮文涛、王钧赫合作主演现代悬疑剧《生存密码》，在剧中饰演小商品供货商郑鹏。

2015年，与陆毅、张俪、耿乐合作主演都市情感剧《致单身男女》，在剧中饰演男主角方启宏同父异母的弟弟方启业，与陆毅饰演一对兄弟。

2016年，出演张若昀、关晓彤、鞠婧祎主演的古装奇幻剧《九州·天空城》，在剧中饰演雪飞霜的哥哥雪凛，与鞠婧祎饰演一对兄妹，这是他首次在影视作品中尝试古装扮相；同年，与王大陆、张天爱、盛冠森合作主演奇幻喜剧动作电影《鲛珠传》，在片中饰演羽人余党风啸。

2017年5月27日，其主演的古装历史动作电影《荡寇风云》上映，而他在片中则饰演了男主角戚继光的弟弟戚继美，与赵文卓饰演一对兄弟。

2019年10月12日，参加青春体娱跨界类型节目《超新星全运会第二季》。10月18日，由刘俊孝主演的电影《父子拳王》首曝“父子情深”版定档预告及海报，正式宣布该片将于11月15日全国上映。12月27日，与凌潇肃、贾乃亮、金晨共同主演警匪电影《特警队》上映。

刘俊孝具有俊朗帅气的外形、率性不羁的性格。刘俊孝是一个拥有185cm身高和完美身材的演员，虽然电影《冲上云霄》是他首次触电大荧幕，但他在外形条件和演技上丝毫不逊色于其他男演员。刘俊孝在一组写真中，以随性、率真的姿势彰显出了其不羁的个性。

刘俊孝具有痞帅的外表和出色的演技。刘俊孝在电视剧《向着炮火前进》中，凭借其硬朗的外形和犀利的眼神，将川上弘一的心狠手辣与惨无人道的本质演绎得淋漓尽致。

刘俊孝是一个拥有八块腹肌身材的运动型男，他在电视剧《致单身男女》中，用傲娇的态度掩饰了其羞涩善良的性格，而这也与其酷酷的、带点痞气的外表形成了巨大的反差；他也凭借着精湛纯熟的演技，展露出了他的喜剧天赋。