2010年,以在校生的身份出演新版《水浒传》一丈青扈三娘一角。
2011年,毕业后,随着《水浒传》的播出,刘小小演绎的“北宋版野蛮女友”受到了观众的认可,还签约成为安徽卫视嘉宾主持人。之后又接拍了《楚汉传奇》《隋唐演义》《建元风云》等历史剧。在《楚汉传奇》中扮演韩信的恋人季桃,《隋唐演义》中饰演程咬金的“大脚皇后”裴翠云。
2012年9月,参演电影节文艺片《飘落的羽毛》担当女一号,这是刘小小首次担当电影的女一号,也是首次参加胶片电影的拍摄。2012年8月27日,文艺电影《飘落的羽毛》在第37届蒙特利尔电影节举办了首映式,此次入围蒙特利尔电影节“最佳处女作”主竞赛单元。电影中扮演了一个完全纯粹的傣族女孩。
2013年,投资达1.2亿的电视剧版《十月围城》正式对外宣布刘小小为剧中女一号,与钟汉良、张晓龙、吴孟达、吴刚等演员搭戏,饰演一个野蛮千金区舒云。2013年8月,刘小小主演的文艺电影《飘落的羽毛》入围蒙特利尔电影节“最佳处女作”主竞赛单元,并在加拿大举办了首映式。
2014年,电视剧《十月围城》正式播出,刘小小饰演的区舒云引起了广泛的关注。
2015年,刘小小凭借曾出演电影《情比山高》荣获好莱坞国际电影节“最佳新晋女演员”;同年刘小小搭档林永健、胡杏儿、金巧巧等演员出演都市情感轻喜剧《继父是偶像》。
2016年,刘小小搭档金星、李多海、奇道等演员主演都市生活剧《我的女神我的妈》。
2017年,出演电视剧《极品男女日记》,饰演李楚。