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2003年，刘亚仁参演的KBS电视剧《玉林的成长日记》首播，饰演刘儿仁。2004年4月21日，参演KBS水木剧《四月之吻》，饰演少年时期的江在硕。
2007年，刘亚仁出演首部电影作品，在喜剧片《不名誉的一家》中饰演龙泰一角，凭借该片提名第28届韩国青龙电影奖最佳新人男演员奖；5月17日，主演的独立剧情片《我们没有明天》上映，饰演一名21岁的男孩，凭借该片获得釜山电影评论家协会奖新人男演员奖。
2008年，刘亚仁主演的KBS月火奇幻剧《最强七友》首播，饰演杀手黑山；11月13日，主演的浪漫喜剧片《西洋古董洋果子店》上映，凭借该片获得第11届韩国Director'sCUT奖新人演技奖。
2009年，刘亚仁主演的浪漫爱情喜剧《不能结婚的男人》首播，饰演朴炫奎；10月29日，参演小制作情感片《天空与海洋》，该片获得第8届地拉那国际电影节竞争单元媒体奖。
2010年，刘亚仁主演的KBS古装剧《成均馆绯闻》首播，饰演外号疯马“桀骜”、少论派系大司宪的儿子文在信，凭借该剧与演员宋仲基共同获得2010年KBS演技大赏最佳荧幕情侣。
2011年，刘亚仁主演的剧情片《格斗少年，菀得》上映，饰演家境贫寒、处于叛逆期的问题少年菀得。该片最终电影票房达531万观影人次，刘亚仁凭借该片获得第3届韩国电影记者协会电影赏发现奖，并提名第21届韩国釜日电影奖最佳男演员奖。
2012年，刘亚仁主演的SBS情感剧《时尚王》首播，饰演东大门工厂YoungGirl的社长姜英杰，该剧于2014年4月4日在中国CCTV8播出，2014年5月15日在中国CCTV1播出。
2013年，刘亚仁主演的SBS情感电视剧《张玉贞，为爱而生》首播，饰演朝鲜肃宗、第19代君主李焞；10月2日，主演剧情片《强哲》，饰演为了病重母亲的治疗费而艰辛奋斗的釜山青年强哲。
2014年，刘亚仁宣布签约韩国UAA公司；2月20日，为动画电影《卫星女孩和乳牛》配音；3月13日，客串演出剧情片《优雅的谎言》；3月17日，主演JTBC爱情剧《密会》，饰演钢琴天才李善宰；8月18日，友情客串KBS电视剧《恋爱的发现》，饰演来夏天工坊学习的客人。
2015年，刘亚仁出演由柳承莞执导的动作片《老手》，饰演财阀三世赵太武，凭借该片提名第52届韩国电影大钟奖最佳男演员奖；9月16日，与宋康昊合作主演的古装片《思悼》上映，饰演李氏朝鲜第21代君主英祖的次子思悼世子，并凭借该片获得第36届韩国电影青龙奖最佳男主角奖，并获得第10届亚洲电影大奖飞跃新星奖；10月5日，与申世景合作主演的SBS古装剧《六龙飞天》首播，饰演朝鲜王朝第三代王李芳远，凭借该剧获得第52届韩国百想艺术大赏电视部门最佳男主角和2015年度韩国SBS演技大赏长篇剧集最优秀男演员奖、十大明星奖、阻击女心奖，并与申世景共同获得最佳荧幕情侣奖。
2016年，刘亚仁主演的爱情片《请点赞》上映，片中饰演卢镇宇一角；2月24日，友情客串KBS爱情剧《太阳的后裔》；12月2日，刘亚仁在2016年度MAMA颁奖典礼“Connection”主题环节中公开由他亲自企划、导演的艺术影片。
2017年，刘亚仁与林秀晶合作主演的奇幻爱情剧《芝加哥打字机》首播，饰演超级畅销书作家、被称为“文坛偶像”的韩世洙。
2018年，刘亚仁主演由李沧东执导的剧情片《燃烧》，该片在戛纳电影节首映。他在该片中的表演被《纽约时报》选为2018年十佳表演之一，成为该名单中唯一的亚洲演员；同年，担任SBS电视台纪录片《叙利亚的目击者》的旁白，该片展示了战争带给平民们的巨大伤害；11月28日，与金惠秀合作主演的剧情片《国家破产之日》上映，饰演触觉敏锐的金融新人尹正学。
2020年，主演的灾难片《活着》在Netflix线上播映。同年，确认出演导演延相昊执导的Netflix电视剧《地狱》；10月15日，主演的犯罪惊悚片《无声》上映，刘亚仁凭借该片获得第41届韩国青龙电影奖最佳男主角、人气Star奖。
无声2020-10-15饰演泰仁导演洪义正主演刘在明
活着2020-06-24饰演俊宇导演赵一亨主演朴信惠
国家破产之日2018-11-28饰演尹正学导演崔国熙主演金惠秀
燃烧2018-05-16饰演钟秀导演李沧东主演全钟睿、史蒂文·元
请点赞2016-02-17饰演卢镇宇导演朴贤真主演李美妍、金柱赫、崔智友
思悼2015-09-16饰演思悼世子导演李俊益主演宋康昊、文根英
老手2015-08-05饰演赵泰武导演柳承莞主演黄政民、刘海镇、金时厚
优雅的谎言2014-03-13饰演秋尚朴（客串）导演李翰主演金喜爱、高雅星、金有贞
强哲2013-10-02饰演强哲导演安权泰主演金海淑、李诗言、金成伍
格斗少年，菀得2011-10-20饰演菀得导演李翰主演金允石、金尚浩
芝加哥打字机2017-04-07饰演韩世洙导演金哲奎主演林秀晶、高庚杓
太阳的后裔2016-02-24饰演接待宋慧乔贷款的银行职员（客串）导演李应福主演宋仲基、宋慧乔、晋久
六龙飞天2015-10-05饰演李芳远导演申景秀主演金明民、申世景、卞耀汉
恋爱的发现2014-08-18饰演客串导演金成允、李应福主演郑有美、文晸赫、盛骏
密会2014-03-17饰演李善载导演安盼锡主演金喜爱、庆收真、申志镐
张玉贞2013-04-08饰演李焞导演付成哲主演金泰熙、在熙、洪秀贤
时尚王2012-03-19饰演姜英杰导演李明佑主演申世京、权侑莉、李济勋
成均馆绯闻2010-08-30饰演桀骜(文载信)导演金元锡主演朴有天、朴敏英、宋仲基
不能结婚的男人2009-06-15饰演朴炫奎导演金正奎主演池珍熙、严正花、杨贞雅
最强七友2008-06-17饰演黑山导演朴万英主演文晸赫、具惠善
2018 第39届韩国青龙电影奖最佳男主角奖 燃烧 （提名）
2015 第36届韩国青龙电影奖最佳男演员奖 思悼 （获奖）
2007 第28届韩国青龙电影奖最佳新人男演员奖 不名誉的一家 （提名）
2019 第55届韩国百想艺术大赏电影类最佳男主角奖 燃烧 （提名）
2016 第52届韩国百想艺术大赏电视类最佳男演员奖 六龙飞天 （获奖）
2016 第52届韩国百想艺术大赏电影类最佳男演员奖 思悼 （提名）
2014 第50届韩国百想艺术大赏电视类最佳男演员奖 密会 （提名）
2018 第55届韩国电影大钟奖最佳男演员奖 燃烧 （提名）
2015 第52届韩国电影大钟奖最佳男演员奖 老手 （提名）
2015 第52届韩国电影大钟奖最佳男演员奖 思悼 （提名）
2019 第13届亚洲电影大奖最佳男主角奖 燃烧 （提名）
2016 第10届亚洲电影大奖飞跃新星奖 思悼 （获奖）
2015 2015年度SBS演技大奖长篇剧集最优秀男演员奖 六龙飞天 （获奖）
2015 2015年度SBS演技大奖10代明星奖 （获奖）
2015 2015年度SBS演技大赏最佳情侣奖 与申世景 （获奖）
2015 第15届韩国青少年电影节人气电影人奖 老手、思悼 （获奖）
2016 第7届韩国电影记者协会年度电影奖最佳男主演奖 思悼 （获奖）
2016 第21届春史电影节最佳男主角 思悼 （获奖）
2016 第11届MaxMovie电影奖最佳男主角 老手 （获奖）
2016 第36届黄金摄影奖电影节最佳男主角 老手 （获奖）
2016 第11届首尔国际电视节最佳男演员 六龙飞天 （提名）
2015 2015年度韩国电影演员协会韩国TOPSTAR奖 老手、思悼 （获奖）
2014 第7届KoreaDramaAwards男子最优秀赏 密会 （提名）
2012 第3届韩国电影记者协会电影赏发现奖 格斗少年，菀得 （获奖）
2012 第21届韩国釜日电影奖最佳男演员奖 格斗少年，菀得 （获奖）
2010 2010年度KBS演技大赏最佳情侣奖 成均馆绯闻 （获奖）
2008 第11届Director'sCUT奖新人演技赏奖 西洋古董果子店 （获奖）
2007 第3届平泽Pierson电影节新人男演员奖 我们没有明天 （获奖）
2007 第8届釜山影评家奖新人男演员奖 我们没有明天 （获奖）
2016 第8届StyleIconAsiaAwards本赏 （获奖）
2015 第3届AsiaStarAwards亚洲明星奖 （获奖）
2011 第4届StyleIconAward本赏 （获奖）
2011 第5届MENT20'SCHOICE20'sVoice奖 （获奖）
2010 第5届A-AwardsStyle赏 （获奖）
2016 第七届总理表彰 （获奖）
在《玉林的成长日记》和《西洋古董洋果子店》中的刘亚仁都是以正派可爱的形象出现。在《成均馆绯闻》里，刘亚仁的进步不是如何坚持辛苦的武打训练，而在于懂得了如何让人物透出自己的理解。
刘亚仁的性格稍有些乖戾，偶像演员的道路对于他来说是行不通的。因为太有个性，太有想法，在追寻艺术的道路上，坚持表达自己的艺术见解是一件好事。他喜欢写作，用感性的文字宣泄情感，描述他在社会大生活和人与人碰撞的时候产生的自己剖析和联想，并借此帮助自己解读剧本中人物性格的能力。他有着戏精一般的傲气和坚持。（新浪娱乐评）
电影《老手》中刘亚仁自出道以来首次饰演这样的反派角色，鲜明的角色个性让刘亚仁成为了电影《老手》中绝对不可缺少的重量级存在。而在电影《思悼》中，刘亚仁带给观众揪心般的疼痛，不光动用到语言与肢体的演技，更是以嗓音的变化来诠释主人公的成长，展现出了更为深层次的演技，完成了自己演技的初试炼，成为了当之无愧的“电影演员”。在体会到演技的酸甜苦辣的刘亚仁身上，能感受到一些热情以上的东西。（新浪娱乐、Bnt新闻综合评）
刘亚仁并不是传统意义的花美男，相比众多苦苦挣扎想入忠武路而不得的偶像男星，刘亚仁已被电影界认可，他的表演能力，可以用庸俗却普世的“才华”二字形容。（《新京报》评）
