2007年7月，与张卫健合作主演警匪喜剧《A计划》，饰演刁蛮任性却又敢爱敢恨的“海盗公主”古慈，并受到更多人关注；10月，又出演了剧情片《神枪手与智多星》饰演帅气的女杀手“一毛钱”。

2008年3月，出演民国情感家庭剧《胭脂雪》，饰演敢爱敢恨的青楼女子茹梦；8月，主演警匪剧《迅雷急先锋》，饰演为人干练刚毅特警队警犬基地训犬员白静；同年，与印小天合作主演农村励志题材剧《落泪成金》。

2009年，主演的考古悬疑剧《青铜匕首》在山东电视影视频道首播，她在剧中饰演内敛的大家闺秀云儿，与谷智鑫和于滨扮演的石家两兄弟有着剪不断理还乱的情感纠葛。

2010年，与周一围合作主演剧情片《盲人电影院》，首次在荧幕扮演一位盲女，并凭此获得第五届华语青年影像论坛新锐演员奖；同年，出演年代商业剧《大浴堂》，饰演出生名门的千金小姐曹蕊兰。

2011年2月，主演战争剧《海峡往事》，与尚于博上演了一段“跨国恋”；随后，与余少群合作主演情感悬疑剧《百花深处》，饰演命运悲苦的戏剧名伶婉菊。

2013年，出演舞台剧处女秀《恶棍天使》，并担纲女一号査小刀。

2014年6月27日，客串出演的爱情喜剧电影《分手大师》上映；7月，主演话剧《婚姻九天半》，饰演美貌却单身的女老板卢贝拉；10月28日，凭借电影《守边人》获得第四届中澳国际电影节评委会特别表彰女演员奖。

2015年11月7日，参演的都市情感剧《情满四合院》播出，在剧中饰演秦京茹。

2017年10月17日，主演的剧情电影《守边人》上映，在片中饰演刘小好。

2018年4月，参演电视剧《洪湖英雄传》，在剧中饰演穆红菱。

2021年8月10日，参演的献礼建党百年电视剧《那些日子》播出。

2022年4月7日，参演的都市言情喜剧《仙琦小姐许愿吧》播出，在剧中饰演小唯；参演电视剧《反转人生》播出；5月25日，主演的现实题材重点电视剧《春风又绿江南岸》播出。

2023年3月，参演电视剧《风月锦囊》；5月3日，参演电视剧《平凡之路》播出；6月2日，主演的电影《回魂之夜》在爱奇艺上映。

2024年4月8日，主演的电视剧《时差一万公里》开机；7月14日，参演电视剧《赤热》播出。

2010年，刘园园和央视体育主播沙桐登记结婚。2013年10月19日，两人携2岁的女儿秋秋于北京举办了穆斯林风格式婚礼，沙桐在仪式上再次向其求婚。

2023年2月28日，演员刘园媛在社交平台发文，宣布与沙桐离婚。

2008年5.12汶川地震发生后，刘园园拍卖了个人心爱物品为灾区奉献爱心；6月8日，参加某明星义拍慈善活动，并再次拿出自己的珍贵物品为灾区筹集善款。

2009年，参加四川卫视和光线传媒联手打造的“5.12中国爱——中国骄子爱心行动”活动，并亲自前往四川当地重灾区，慰问受灾的群众。

刘园园外型娇小，大大的眼睛配上甜美的娃娃脸，显得特别清丽俏皮。除了外型，其温婉可人的气质也深入人心。（新浪娱乐评）

刘园园在荧屏上一直是清纯可人的温婉形象，出道多年来，她先后在《康熙微服私访记》、《玉碎》等影视剧中演绎了各种精彩的人物，并在角色塑造中不断突破自我，给观众留下了深刻的印象。从电视荧屏走向剧场后她更是变身“喜剧女王”，尽情释放“二”的姿态，由温婉的淑女转型为实力派喜剧演员。在年度喜剧《恶棍天使》中她精准的拿捏了人物特点，将查小刀的善良、怯弱又兼具向上力量的特质表现得淋漓尽致，广受观众好评。（新浪、腾讯、搜狐娱乐评）