刘孜出生在贵州省的遵义市。爷爷给她起了一个单名“孜”字，是希望她能在日后的学习和工作中孜孜不倦。刘孜12岁离开家到北京舞蹈学院上学，16岁考入北京电影学院，与徐静蕾、刘琳是同学。

1997年，刘孜从电影学院毕业后一直在拍戏，《永远有多远》里是徐帆的“情敌”，《我这一辈子》演张国立的“前妻”，《濠江有情》中是汤镇宗的“恋人”，《告密者》中与柳云龙、张嘉译开展在刚刚解放后的一次扑朔迷离的谍战剧等。同年参演《危情时刻》，剧中饰女主角并搭档与张国立；参演《女巡按之真假公主》，担任女主角，搭档与陈道明、陈宝国；参演《神雕侠侣》，饰演陆无双，与任贤齐合作出演。

1998年参演《金融风暴》，饰演女主角尤枫；参演《财神到之财神疼好人》并出任女主角；随后参演《签约季节》，剧中担任女主角。

1999年出演《侠女闯天关》，出任女二号雪子。

2000年出演《永远有多远》，饰演女主角西单小六。

2001年参演《曼谷雨季》，与演员许亚军合作，出演女一号；参演《白领公寓》并担任女一号，搭档韩国演员安在旭。在《我这一辈子》中饰女主角大妹。2002年参演《黑柬》，饰演女一号，与于荣光、高曙光合作。

2003年参演《布衣知县梵如花》，剧中刘孜饰演暗恋张国立的少女玲珑。

2005年和冯巩老师合演的《心急吃不了热豆腐》。参演古装戏是《还我清白》。参演著名导演何群力作《爸爸别哭》。

2009年主演国产喜剧片《盗版猫》。

2013年在电影《怒放之青春再见》中刘孜与潘粤明饰演一对夫妻。在中国首部气候主题网络公益微电影《红苹果》担任主演。

2014年参演由滕华涛导演、鲍鲸鲸编剧，倪妮、井柏然主演的电影《等风来》，片中刘孜饰演的主编凭借对倪妮针针见血的犀利“吐槽”意外获得众多观众“点赞”。在大型年代传奇大戏《大漠苍狼》，刘孜饰演廖小柠。

2015年，与张国强合作爱情喜剧电影《非常同伙》。

2016年，主演电影《碧血丹砂》，电视剧《将军在上》饰演祁王妃姬玉。

2017年，出演电影《麦子的盖头》，与姜武主演电视剧《上海五虎》，优酷自制剧《上海女子图鉴》饰演拥有完美独立的人格4A公司高管Scarlett。

2018年，与张嘉译、闫妮合作主演电视剧《少年派》，与李光洁、蒋欣、郭京飞合作主演电视剧《我们这些年》。2019年11月，出演现实题材电视剧《在不安的世界安静的活》。

刘孜的丈夫是杨泓。刘孜于2011年2月11日凌晨1点左右在和睦家医院顺产诞下一子，儿子的名字叫NEMO。

2007年担任绿色形象大使。

2008年5月16日，刘孜参加了由中国电影人共同发起的大型赈灾义演募捐活动。

7月22日，“爱心妈妈献爱行动”在北京启动。

21日刘孜等艺人携带价值数万元的生活用品和毛绒玩具，前往绵阳梓潼儿童福利院及安县永安镇希望小学，为孩子们送去温暖和祝福。

2010年6月出任中国扶贫基金协会爱心大使。

2011年拍摄中国首部气候主题网络公益电影《红苹果》。

2012年关爱早产儿“微宝贝计划”爱心大使。

2012年策划举办“天真者的优美世界”的慈善画展,关爱自闭症和唐氏综合症的孩子们。

2015年1月27日，大中华区慢食协会将在北京意大利驻华使馆文化处正式宣布成立。刘孜受邀出席，并受任“中国慢食推广大使”。

2013年连续四年受邀清华大学举办的国际“创意营”中担任特邀讲师并做“特殊材料的运用”主题演讲

2012年《美好家园》6周年艺术餐桌特邀设计师《熔岩的容颜》

2012年“官舍生活汇”视觉总监

2011年国际设计三周年展特邀设计师

2010年永不落幕的设计展策展人

2009年为“绿叶明星行动”设计环保袋

P.S.ILOVEYOU设计展主要策展人

2007年代理意大利著名家具品牌Kartell

影视奖项

• 2010-12第2届澳门国际电影节最佳女配角奖我和你（提名）
• 2008新浪电视剧排行榜2008年第二季度评选最佳荧屏情侣奖鹿鼎记（获奖）

综合奖项

• 2018陈设中国·晶麒麟奖生活艺术家（获奖）
• 2014江苏卫视星厨驾到第一季第二名（获奖）
• 2008BQ红人榜年度时尚红人（获奖）
• 2008《时尚家居》八周年“最时尚家居”典礼的最具品味大奖（获奖）

2014年在《等风来》中刘孜饰演倪妮的上司，在电影中戏份并不多，几场对职场的犀利“吐槽”堪称字字珠玑，获得观众好评，被评为“高于原著”的经典角色。