2005年，刘烨参演由陈凯歌执导的奇幻史诗电影《无极》，饰演有着特异杀人功能的杀手“鬼狼”，该片入围美国金球奖最佳外语片奖。2005年，与袁泉合作舞台剧，孟京辉“爱情三部曲”的压轴篇《琥珀》，演唱主题曲《琥珀之歌》，在香港创下售票记录。

2006年，参演由张艺谋执导的商业片《满城尽带黄金甲》，并凭借该片获得香港电影金像奖最佳男配角提名和12届香港金紫荆奖最佳男配角提名。

2007年1月，与奥斯卡影后梅丽尔斯特里普主演剧情片《暗物质》，该片入围美国圣丹斯电影节，并获得Alfred P．Sloan奖；同时，刘烨开始尝试更多元化类型的角色，努力摆脱以往文艺青年的荧幕形象，并拓展戏路；同年，与吴彦祖、张震合作出演翻拍自《喋血街头》的动作电影《天堂口》，并在剧中饰演黑帮老大“大刚”，该片也成为第64届威尼斯国际电影节闭幕电影。

2008年，在与古天乐，大S合作的警匪片《保持通话》中饰演一头灰白短发搭配一身黑色大风衣的冷血杀手；同年，主演动作电影《硬汉》，扮演一位脑部受损伤的退役军人“老三”，为了演好这一角色，刘烨增重40斤，并凭借电影《硬汉》获得第3届大学生影像节最受瞩目男演员奖。

2009年，在陆川执导的战争片《南京南京》中饰演悲壮牺牲的国民党军官陆剑雄，该片获得第57届西班牙圣塞巴斯蒂安国际电影节“金贝壳奖”以及最佳摄影奖，这也是中国电影首次获得该奖项。

2010年，主演都市爱情电影《无人驾驶》，饰演游离在高圆圆和李小冉扮演的两个女人之间的“志雄”，并与姚晨主演时尚爱情电影《爱出色》，饰演先锋艺术家亦鸿。搭档王珞丹出演舞台剧《琥珀》第二版，在各地共演出60场。

2011年，在献礼片《建党伟业》中扮演青年毛泽东；同年主演动作电影《硬汉2：奉陪到底》。

2012年，时隔8年再次与舒淇搭档出演刘伟强执导的爱情电影《不再让你孤单》，饰演踏实、接地气并且包容体贴的男主角方镇东；11月，与张震，吴彦祖再次合作主演陆川执导的历史古装电影《王的盛宴》，饰演复杂多疑的刘邦，并凭借该片获得亚洲电影大奖最佳男主角提名。

2013年3月，与张涵予、黄渤合作主演动作喜剧片《厨子戏子痞子》，刘烨在片中首次尝试逗比角色，饰演处处点头哈腰、唯唯诺诺，说话低声下气的汉奸厨子；6月27日，被法国文化部授予“法兰西文学艺术骑士勋章”；12月，与成龙领衔合作电影《警察故事2013》，该片以IMAX、3D和中国巨幕3D等效果上映，票房破5亿，并打破中国内地警匪片的票房纪录。主演抗日题材的电视剧《火线三兄弟》，饰演幽默厨子田二林。2013年，与赵薇，苏有朋，王伟忠等担任东方卫视《中国达人秀》“V5季”评委。

2014年，主演由刘和平创作的电视剧《北平无战事》，饰演飞行员方孟敖，该剧投资额达1.5亿，并获得“白玉兰奖”最佳中国电视剧奖。与赵文卓合作主演悬疑电影《全城通缉》，同年与林志玲主演电影《北京，纽约》。

2015年，刘烨与胡军，林永健，邹市明，夏克立加盟湖南卫视亲子户外真人秀节目《爸爸去哪儿第三季》。1月，主演曹保平执导的悬疑片《追凶者也》；2月，与刘亦菲，黎明共同出演由戴思杰执导的中法合拍爱情电影《夜孔雀》；6月，主演由萧峰执导的3D史诗电影《大轰炸》，该片为纪念反法西斯胜利70周年拍摄，以1937年起日本对重庆进行为期5年的空袭为历史背景。

2016年，凭电影《追凶者也》获得第19届上海国际电影节最佳男演员，影片则于同年9月14日上映；9月15日主演的战争电影《我的战争》上映。

2017年，主演革命史诗电影《建军大业》，刘烨在片中则再次饰演开国领袖毛泽东；6月，出任澳大利亚电影电视艺术学院奖（AACTA）最佳亚洲影片大评审团九名评审之一。

2019年2月4日，2019年央视春晚，刘烨与白宇演唱歌曲《时代号子》；4月，首次执导电影《我的佣兵生涯》；9月22日，与马伊琍合作主演的都市创业剧《在远方》播出。

2020年5月1日，参加中华全国总工会和中央广播电视总台共同举办的《中国梦·劳动美——致敬劳动者五·一特别节目》，与杜江共同献唱了歌曲《时代号子》；6月，在八一电影制片厂制作的电影《守岛人》中担任男主角；9月30日，参加2020央视国庆晚会《“中国梦·祖国颂”——2020国庆特别节目》，和海清演绎歌曲与朗诵《脱贫宣言》。同年，刘烨参演电影《最美逆行》。

2021年2月11日，参加《2021年中央广播电视总台春节联欢晚会》，与杨幂、李沁等演唱歌曲《燃烧的雪花》；6月18日，主演根据真实事迹改编的电影《守岛人》全国公映；7月1日，参加的庆祝中国共产党成立100周年文艺演出《伟大征程》播出，与于和伟、张桐、白宇、邓伦、宋轶、杨洋、李现、杨紫合作表演《破晓》；同月，主演中国首部当代外交撤侨题材电影《家园行动》。9月21日，参加《2021大湾区中秋电影音乐晚会》，与刘恺威演唱歌曲《晚秋》；12月25日，凭借电影《守岛人》获得第16届中国长春电影节金鹿奖最佳男演员奖；12月27日，官宣刘烨担任2021年中国金鸡百花电影节开幕式暨第34届中国电影金鸡奖提名者表彰仪式演出嘉宾。

2022年1月30日，参加总台文艺迎春节特别节目《生龙活虎迎春来》；同年，参加《百花迎春》晚会，与靳东、吴京等人共同讲述《致百花》，参加北京2022年冬奥会和冬残奥会颁奖仪式推广歌曲《致敬勇士》的演唱。

2022年5月1日，参加《中国梦·劳动美——2022五一国际劳动节“心连心”特别节目》，与钟镇涛共同演唱歌曲《中华力量》；7月30日，主演《排爆手》定档上线首播。9月，担任横店影视节第九届“文荣奖”评委。9月30日，主演的电影《钢铁意志 》上映，在影片中饰演勇毅坚韧的战斗英雄赵铁池。

2023年3月24日，主演的电影《望道》上映，在片中饰演陈望道。3月31日，参加第10届中国网络视听大会“图书馆不眠夜·六公主一起读书吧”特别活动。4月5日，加盟《大美中国诗话清明第二季》。5月22日，演唱的中国电影华表奖主题推广曲《光辉》正式发布；5月23日，凭借电影《守岛人》获得第19届中国电影华表奖优秀男演员奖。

2024年4月19日，参演的电影《抗战中的文艺》上映。2024年10月1日，参演的电影《浴火之路》定档上线首播。

2018年4月6日，中国演员刘烨在法国尼斯市议会全票通过获得尼斯“荣誉市民”称号，他获得第33个获得该荣誉者，同时也是第一个获此殊荣的中国人。

刘烨在中法政府人员和亲友的见证下领取了荣誉，并表示非常荣幸能够获此殊荣，十分感谢尼斯市政府对自己的肯定与激励，日后将为增进中国与尼斯的友谊与交流贡献自己的力量，希望以自己及家人作为纽带，使更多尼斯人民认识中国，了解中国，同时促进中国与尼斯的文化交流。

2020年9月，刘烨担任第十五届中国长春电影节形象大使。

2022年11月17日，担任第九届丝绸之路国际电影节“金丝路奖”评委会成员。

个人家庭

2009年7月5日，刘烨与法国籍妻子安娜伊思·马田在北京举行婚礼。2010年10月10日，得爱子刘诺一（Noe）。2012年1月22日，喜获千金刘霓娜(Nina音译)。

2016年10月10日是诺一六岁生日，爸爸刘烨带着妻子与儿女前往沙漠野营探险，他晒出全家旅行的照片并配文：“小诺今天六岁，送了他一次沙漠野营探险当作礼物，希望成长位小男子汉。”，画面十分温馨幸福。

个人微博

刘烨最早开微博不在新浪，而在搜狐。他在搜狐微博各类排行榜经常位列第一、第二，粉丝数目一直排名第一，成为搜狐的“微博先生”。2012年底，刘烨入驻新浪微博。作为一个微博沙发控，曾发微博专门探讨抢沙发的基本技巧。

2010年11月，出席“希望之夜慈善盛典”，并担任爱心大使，活动现场举行了慈善义卖，刘烨捐赠了多位冠军亲笔签名的乒乓球拍。

2011年5月，由“中华希望树儿童救助专项基金”组织成立的，旨在帮助周边地区的贫困家庭学前儿童和农民工子女的“希望之家”正式在京落户。刘烨作为中华希望树儿童救助专项基金爱心大使出席了活动，参与挂牌仪式，并以讲述寓言故事，送上图书和文具等方式与小朋友进行了爱心互动。

2012中国慈善排行榜发布盛典暨明星慈善夜在水立方举办，刘烨获慈善明星奖并希望慈善成为平常小事。

2013年6月，刘烨作为特邀爱心大使，出席由中华少年儿童慈善救助基金会等机构联合发起的“光明行动”。

2015世界地球日特别活动，刘烨以“国家地理频道世界地球日形象大使”身份出席，与深海女王Dr.Sylvis Earle展开了一场名为《我和海洋有个约会》的名家对话，旨在号召人们关注海洋保护，共同爱护地球。为了表示对环保公益事业的支持，刘烨的太太和孩子也出现在观众席上。

2015年12月23日，作为嘉宾出席了第30届中国电视剧飞天奖典礼。

2005年，受聘于南京师范大学“新闻与传播学院影视艺术与管理教育中心”客座教授。

2017年2月11日，法国尼斯市政委员会在尼斯授予中国演员刘烨“荣誉市民”称号，以促进尼斯与中国的友谊及文化交流。

在当今的年轻演员中，刘烨可算得‘独一无二，独树一帜。（陈凯歌评）

刘烨非常刻苦和用心。他的许多动作都是自己设计的，在表演上对人物的把握很准确。（张艺谋评）

刘烨在戏里是个悲剧人物，残酷社会的牺牲品。一个单纯的人的改变，也是这个戏的主题之一，人性本来是美好的，但一些罪恶把这些美好给糟蹋了。刘烨的演技、眼神非常好，所以很想跟他合作。刘烨也具有明星架势，除了具周润发的魅力，还有一种潇洒。他的表演非常传神，有那种高贵的气质。（吴宇森评）

刘烨是一个特别会演戏的演员，收放自如，特别会用自己的方式寻找人物的性格（陈木胜评）。刘烨是一个天生的演员，现场爆发力好，平时不见琢磨剧本，出场却从不露怯，有驾驭各类角色的能力。对表演很用心，一场戏他会向我建议很多种演法，给我的启示也很大。（吕乐评）

刘烨是能够让你感觉到会出现奇迹的人。他的忍耐力和他自己特别的强烈的直觉，肯定他有他自己完全不一样的东西。刘烨是一个特别感性的人，他在排练场每一瞬间都在进步，他太棒了，他的爆发力，他对舞台节奏的控制，都让我惊叹。（孟京辉评）。刘烨的眼神很纯粹很干净，当年采访他就有这种感觉；当他直视你的时候，眼神中释放的真诚让人很难不被打动（腾讯娱乐评）。

刘烨是一个很敬业的演员，而且演技也很好。刘烨的优点是善于控制自己，他能有意识的进入状态，加上龙小羽这个角色很有层次，他的表演对观众就很容易有感染力（导演赵宝刚评）。

舞台上的刘烨，表演堪称完美，他将高辕那个玩世不恭的花花公子展现出来的悲伤与动情刻画得淋漓尽致；刘烨强大的可塑性和表演上的天赋使得其可以在文艺及商业，阴柔及硬朗，内敛及爆发中游走，成为内地极具影响力的一线男演员（上海证券报评）。

2022年 ，演员刘烨人民日报撰文：用真情演绎平凡英雄。

刘烨有着忧郁的眼睛和风情的嘴角，他的性格上很多含而不露的东西，会在舞台上进行表现。（廖一梅评）

我一直觉得中国男人身上必须具备两个特质——形象俊朗，还有要从骨子里就很男人，刘烨身上完全具备这两点，非常符合我的要求。（导演陆川评）他的眼睛那么大，睫毛那么长，气质很吸引人，演起戏来又很震憾。（演员张震评）

刘烨身材高大、英俊，而且很有可塑造性，在他身上可以看到很多梁家辉的影子。（王晶评）

刘烨《北平无战事》中的表演是准确的，他饰演的是一个符号性的人物，身上被赋予的理想、情怀的东西很多，非常复杂，不像其他角色那么简单接地气。（刘和平评）