2015年，刘美彤作为正式生参加由湖南卫视联合上海戏剧学院推出的校园纪实真人秀节目《一年级·大学季》

2016年，刘美彤出演改编自流潋紫小说《后宫·如懿传》的清宫剧《如懿传》，在剧中饰演性格清高直爽、兰质蕙心的拜尔果斯氏，而这也是她的首部影视作品。

2017年，刘美彤与吴磊、林允合作主演古装武侠剧《斗破苍穹》，饰演出身高贵、气质清冷的纳兰嫣然。同年12月，刘美彤受邀出席安徽卫视国剧盛典。

2018年，与张若昀、李沁合作出演古装权谋剧《庆余年》，在剧中饰演喜怒不形于色的北齐皇帝战豆豆。7月，与刘冬沁合作主演青春悬疑巨制网剧《你是我的英雄》，在剧中饰演冰山美人纳兰慧。9月，在改编自金庸同名小说的古装剧《天龙八部》中饰演性格天真烂漫的木婉清。

2019年7月12日，主演的动作电影《素人特工》在中国上映，在片中饰演一名待业医生LV。

刘美彤有着青春靓丽、风格多变的独特气质和表演天赋。在《斗破苍穹》的拍摄花絮图中，一身鹅黄色轻纱长裙的刘美彤，或倚栏远望，或低眉托腮，娴雅淑静，尽显纳兰嫣然的清冷气质。精致的妆容搭配鹅黄色的轻纱长裙，娴雅纯美，仙气飘飘。

刘美彤在《斗破苍穹》中不管是神情中的不忍还是眼神中的冷意犀利，情绪的起伏变化处理得都不错。