2000年，刘涛开始接拍各种类型的广告，并自费在广东外语外贸大学法律系学习；随后，被情景剧《外来媳妇本地郎》导演相中，并在剧中饰演精明能干、做事目的性强三媳妇胡幸子，从而正式进入演艺圈。

2002年，刘涛被台湾制片人杨佩佩相中去拍琼瑶剧，于是向《外来媳妇本地郎》剧组请辞。

2003年，刘涛出演古装言情剧《还珠格格3之天上人间》，并在剧中饰演文武双全的缅甸公主慕沙，随后签约仲杰文化传播有限公司；12月，参演改编自金庸同名小说的古装武侠爱情剧《天龙八部》，她在剧中饰演娇俏灵动最终为情而死的美貌女子阿朱，并凭借该角色荣获金南方奖最具魅力女演员奖。

2004年4月，刘涛在民国爱情剧《末代皇妃》中饰演性格开朗、感情奔放新派女性齐如玉；同年，她还主演古装历史剧《永乐英雄儿女》，并在剧中饰演俏皮可爱的永乐公主蛮儿。

2005年5月，刘涛主演的清装偶像剧《原来就是你》播出，她在剧中饰演一对孪生姐妹，分别饰演了活泼开朗的富家千金杜慕雪和温婉贤淑的丫鬟锦儿。

2006年1月，由刘涛主演的以狗狗为题材的贺岁剧情片《阿宝的故事》上映，这是她的首部大荧幕作品；5月，与潘粤明合作主演的古装神话剧《白蛇传》首播，她在剧中饰演修炼千年的蛇妖白素贞，并为该剧配唱插曲《爱上你》；同年，她还在古装神话剧《封神榜之凤鸣岐山》中客串出演嫦娥，在动作电影《黄飞鸿五大弟子》中客串出演蒙嫂。

2007年5月1日，与吴奇隆、黄文豪合作主演的古装历史剧《问君能有几多愁》在大陆播出，她在剧中分别饰演了善解音律、精通舞艺的周娥皇和才情过人、命运坎坷的花蕊夫人；11月8日，与谢霆锋，李心洁联袂主演的根据古龙同名小说改编的古装武侠剧《大人物》播出，她在剧中不但饰演了路见不平拔刀相助的侠女楚楚，还反串出镜饰演帅气的公子翌。

2008年2月16日，其领衔主演的民国情感剧《女人花》播出，她在剧中饰演敢爱敢恨、不屈不挠的弱女子黄梅儿；随后，刘涛还出演魔幻武侠剧《魔剑生死棋》，并在剧中饰演热情坚强、外向活泼、行事独立果断的女食神刘依依。

2009年1月，与林心如合作主演的情感剧《大理公主》首播，刘涛首次尝试反面角色，在剧中饰演充满仇恨、忍辱负重的杨阿细（阿慈），并为该剧配唱片尾曲《爱的眼泪》。

2011年2月，主演的网络门户剧《钱多多嫁人记》在搜狐首播，刘涛在剧中饰演脑力发达、性格倔强、在职场中从不服输的钱多多 ；4月，其主演的抗战传奇剧《盘龙卧虎高山顶》首播，她在剧中饰演了泼辣风骚却又至情至性的陕北婆娘白玉娥；8月，与陈思诚联袂主演的《橄榄树》播出，她在剧中饰演抛弃优越生活、为爱不顾一切的护士穆杉；9月，友情出演古装剧《倾世皇妃》，并在剧中饰演集美貌与智慧于一身的温静若；同年，刘涛还拍摄了传奇剧《景德镇》。

2012年2月，客串年代传奇剧《没有硝烟的战争》；5月27日，她与陈小艺合作主演的情感剧《叶落长安》上星播出，刘涛在剧中饰演自强不息、朴实大气的白莲花；7月，其领衔主演的谍战悬疑剧《迷局1931》播出，她在剧中饰演容貌美艳并拥有动人歌喉的双面间谍杜鹃。

2013年2月，她主演的都市情感剧《幸福满屋》播出，刘涛在剧中饰演端庄大气、对爱情十分忠诚的杨璐；3月，其领衔主演的家庭伦理剧《贤妻》首播，她在剧中饰演善良、对爱情坚贞不变的贤妻韩大芸，并为该剧配唱插曲《伤心的女人怎么了》，而该剧首播便取得收视率1.56，市场份额4.3，全国排名第一的成绩；7月31日，与马苏、李小冉合作主演的现代都市情感剧《今夜天使降临》首播，刘涛在剧中饰演漂亮聪明、任性自我的豪门媳妇彭佳佳，并为该剧配唱主题曲《今夜天使降临》；11月18日，其主演的都市情感话题剧《老有所依》播出，刘涛在剧中饰演果敢机敏、家庭事业兼顾的无死角美女江木兰，她凭借该剧获得2013国剧盛典年度观众最喜爱女演员奖、第十届金鹰电视艺术节最佳表演艺术女演员奖及第27届中国电视金鹰奖观众喜爱的电视剧女演员。

2014年1月，刘涛在爱情神话轻喜剧《刘海砍樵》中饰演灵气动人的狐仙姐姐；2月14日，发行首张个人音乐专辑《最好的时光》，专辑中共收录了10首音乐作品，而专辑中的歌曲《勇敢爱情》则获得第17届全球华语榜中榜金曲奖；3月，她与胡兵联袂主演的爱情电影《恋者多喜欢》上映，其在剧中饰演温良贤淑、孝顺家人的程雨；4月，参加湖南卫视明星姐弟自助远行真人秀节目《花儿与少年第一季》，并成为该节目中的“四姐”，担当起了导游助理的责任；6月5日，与涂松岩合作主演的都市情感剧《幸福从天而降》首播，刘涛在剧中饰演单亲妈妈江天蓝，并为该剧演唱插曲《再一次》及主题曲《我不会一个人》；随后，由她领衔主演的都市轻喜剧《食来孕转》首播，其在剧中饰演了极富野心的女白领沈谷雨，并为该剧配唱片尾曲《一生梦回》 ；8月14日，刘涛主演的都市情感剧《下一站婚姻》首播，她在剧中饰演性格果敢坚强的职业律师邓草草；12月22日，与张嘉译、聂远共同主演的年代传奇励志剧《花火花红》上星播出，其在剧中饰演大大咧咧、果敢豪爽的女酿酒师花红。

2015年1月15日，刘涛获得2014微博之夜微博年度女神的称号；2月18日，她初登央视春晚的舞台，演绎小品《一定找到你》；3月9日，搭档马天宇主演都市婚姻励志情感剧《淘婚记》，其在剧中饰演性格大大咧咧、自立自强的大龄女青年王可可 ；4月2日，浪漫爱情喜剧电影《咱们结婚吧》上映，她在片中饰演能干的强势女性，五星级酒店的高级经理田海心；8月25日，主演的抗战题材剧《铁在烧》播出，她在剧中演绎一位秦腔名伶赵智怡从清纯少女蜕变为美艳特工的传奇人生；9月19日，其主演的古装传奇剧《琅琊榜》首播，她在剧中饰演能文能武、温婉尔雅又骁勇善战的霓凰郡主，并为该剧配唱插曲《红颜旧》，而刘涛则凭借该剧获得第1届中国电视剧品质盛典年度最受欢迎女演员，同时还提名第三十届飞天奖优秀女演员奖；11月30日，与孙俪领衔主演的古装剧《芈月传》首播，她在剧中饰演了一个从单纯善良无忧无虑的公主慢慢变成一个丧心病狂的深宫之人芈姝，该剧在播出后以34城收视达4.012，平均收视分别为2.867和2.809的数据创东方卫视12年来电视剧收视纪录，收视位列年度联播剧第一，网络播放量也突破200亿，而刘涛则凭借该剧获得第22届上海电视节白玉兰奖最佳女配角及第11届中国金鹰电视艺术节最具人气女演员，同时，她还入围第28届中国电视金鹰奖观众喜爱的电视剧女演员奖。

2016年1月7日，刘涛获得2015微博之夜微博年度最具实力女演员奖；2月7日，刘涛再次登上央视春晚的舞台，与梁咏琪、林心如共同表演非物质生态文化遗产节目《山水中国美》；3月1日，特别出演年代剧《天伦》，并在剧中饰演封建大家庭中隐忍、柔弱的的姨太太梅玉娟；4月17日，其领衔主演的都市职场女性剧《欢乐颂》播出，她在剧中饰演高智商海归金领安迪，并演唱主题曲《总有幸福在等你》及插曲《说不出口》，刘涛还凭借该剧获得第2届中国电视剧品质盛典年度观众喜爱的品质剧星；5月，刘涛参加明星跨界音乐真人秀节目《跨界歌王》，并获得第一届的冠军；9月8日，她主演的都市情感剧《爱情万万岁》播出，其在剧中饰演了一个高学历、高薪水、高颜值的三高女神金娜，并为该剧配唱片尾曲《幸运》；随后，参与原创喜剧竞演综艺节目《喜剧总动员》；9月16日，刘涛以霓凰郡主的形象蜡像入驻北京杜莎夫人蜡像馆。

2017年1月15日，刘涛与刘仪伟、撒贝宁共同担任央视合家欢真人秀《欢乐中国人》嘉宾评委；随后，她获得2016微博之夜微博年度娱乐风云人物；27日，再次登上央视春晚舞台，并与王子文、蒋欣、杨紫、乔欣及TFBOYS演唱开场歌曲《美丽中国年》；5月11日，继续在都市女性励志剧《欢乐颂2》中饰演安迪，并为该剧配唱片尾曲《我们》及人物主题曲《家的滋味》、《遇到爱》，该剧开播首日收视率便双平台破1，其全网累计播放量在播出期间已破220亿。 6月22日，与吴秀波领衔主演的古装剧《大军师司马懿之军师联盟》播出，她在剧中饰演英气十足的狠辣女子张春华；9月30日，与成龙、皮尔斯·布鲁斯南领衔主演的动作片《英伦对决》在中国上映。11月，刘涛与杨烁再次合作都市爱情剧《我们都要好好的》，剧中饰演寻找；12月，加盟江苏卫视跨年演唱会，献唱《琅琊榜》插曲《红颜旧》。

2018年1月，刘涛在2017微博之夜中获得了微博年度实力演员的奖项。3月，刘涛凭借《欢乐颂2》在2018中国电视剧品质盛典中获得年度匠心表演剧星奖，凭借《虎啸龙吟》在2018优酷YC盛典中摘得“演艺模范”奖。10月21日，凭借《军师联盟》获得2018中国横店影视节第五届文荣奖最佳女主角奖。

2019年2月4日，2019年中央广播电视总台春节联欢晚会，刘涛、黄晓明表演歌舞《请茶歌》。9月13日，刘涛参加2019年中央广播电视总台中秋晚会，并与毛不易演唱歌曲《我要你》。