毕业于中央戏剧学院表演系（1996-2000）。大学二年级时时因拍摄《那山那人那狗》步入影坛，主演过大量优秀影视作品，曾先后获得台湾金马奖，中国电影金鸡奖等多个奖项，是中国青年演员的代表人物。
1998年，在霍建起导演的《那山、那人、那狗》中，刘烨饰演那个淳朴无邪、充满乡土气息的山村男孩，刘烨那种当质朴遇到纷繁现实挑战时的不定眼神，让人记住了他，这部电影获的蒙特利尔国际电影界最受观众欢迎故事片奖，获的第19届中国电影金鸡最佳故事片奖和最佳男配角奖提名。在关锦鹏导演的《蓝宇》中情感复杂的蓝宇，刘烨演绎得清新朴素，自然贴切，情感细腻复杂，以捕捉细节见长，习惯用眼睛演戏。从1998年获“金鸡奖”最佳男配角的提名到2001年登上第38届台湾金马奖最佳男主角的宝座，刘烨走得踏踏实实。
《蓝宇》对于刘烨，在心态上是个考验，他要纯朴而不混沌，要成熟而不市侩，要柔弱而不失坚强，要深爱而不纠缠，要放弃而不决绝，影片中看得出刘烨的努力，这就足够了。之后与周迅、陈坤合演的《巴尔扎克和小裁缝》，与陶虹、董洁合演的《天上的恋人》等都获得专家和观众的好评。可以预见，凭借自己清新朴素、成熟到位的演绎风格，刘烨必将跻身一流的影视演员之列。2005年，刘烨参加了陈凯歌导演的《无极》，虽然观众对此片的褒贬不一，但是刘烨却凭借自己出色的表演获得了观众的一致认可。2005年刘烨参演的电影《茉莉花开》也获得了较高评价。2006年，刘烨在张艺谋新作《满城尽带黄金甲》中饰演大太子元祥。除了在大银幕上表现出色，刘烨也主演了不少电视剧，塑造了许多精彩的人物形象。
2007年，刘烨走进了《暗物质》剧组，与华人导演陈士争和奥斯卡影后梅丽尔·斯特里普联手，出演了一个根据真实故事改编的悲剧电影，本片在圣丹斯电影节上获得不少好评，刘烨面对老戏骨纹丝不乱的演技也获得广泛关注。同年他还主演了《硬汉》、《天堂口》等片。08年在香港导演陈木胜的《保持通话》中出演反派，同年还出演了内地导演陆川的《南京！南京！》和丁晟的《硬汉》。电视作品则有《我们生活的年代》和与赵薇合作的《一个女人的史诗》。
2009年刘烨完成了人生中的大事，与相恋三年的法国女友完婚，在这一年刘烨专心享受婚姻生活，只拍摄了一部电影和两部电视，这也是他出道十年作品产量最少的一年。而在沉寂了近一年后，2010年刘烨又全面开工，混血儿子的诞生并没有放慢他的脚步，因为他的事业又翻开新的一页，跟随合作八年的金牌经纪人常继红过档星美，电影行情继续看涨，陆川的《王的盛宴》、刘伟强的《美丽人生》、老搭档陈弈利的《爱出色》、而在群星云集的《建党伟业》中出演青年毛泽东一角，更加证明了刘烨在大导演心目中的位置。
2011年，刘烨主演的《硬汉2》上映，继续赢得不错的口碑。
