2002年，出演个人首部电影《京都女警官》，从而正式进入演艺圈；同年，出演何琳、房斌、刘畅主演的家庭情感剧《手心手背》，在剧中饰演张力。这是他的首部电视剧作品。

2004年，与刘烨、孙俪、连奕名合作主演年代情感剧《血色浪漫》，在剧中饰演率性又带点顽劣的袁军。

2006年，与杜雨露、何赛飞、徐昂合作主演家庭伦理剧《家门》，在剧中饰演男主角顾天的同学吴京。

2008年，与黄志忠、李东霖、李梦男合作主演抗战历史剧《共和国1949》，在剧中饰演奉命打入敌人内部的中共特工林国生。

2009年，出演佟大为、黄圣依、张默主演的年代传奇剧《下南洋》，在剧中饰演蛮横无理的地皮丁；同年，与焦恩俊、李佳璘、杨梅合作主演都市悬疑剧《金融危机之迷情姐妹》，在剧中饰演女主角林若男的男朋友宋天庆，与李佳璘饰演一对情侣。

2010年，与陈宝国、谢钢、周里京合作主演根据老舍同名话剧改编的年代剧《茶馆》，在剧中饰演为了维持生活而变得非常唯利是图且爱钱财的小宋恩子；同年，与李念、印小天、丁柳元合作主演都市情感剧《夏妍的秋天》（原名《安居乐业》），在剧中饰演爱财如命的北漂小伙小辛。

2012年，与朱刚日尧、黄轩、苏青合作主演革命历史剧《铁血男儿夏明翰》，在剧中饰演老实憨厚的守墨。

2013年，与秦海璐、吴刚、岳秀清合作主演都市亲情剧《全家福》，在剧中饰演善良朴实的门墩儿；同年，与陆毅、秦海璐、耿乐合作主演都市情感剧《假如生活欺骗了你》，在剧中饰演女主角程真真的弟弟程和平，与秦海璐饰演一对姐弟；同年10月，参加黑龙江卫视综艺娱乐互动类节目《挑战名人墙》的录制；同年12月，参加陕西卫视鉴宝节目《华夏夺宝》的录制。

2014年，与黄小蕾、叶静、王子子合作主演都市情感剧《蕾女心经》，在剧中饰演事业型的工作狂杨大伟；同年，出演朱雨辰、郭京飞、齐溪主演的都市情感剧《约会专家》，在剧中饰演贸易公司部门经理秦玮。

2015年，出演赵薇、佟大为、李佳主演的都市家庭轻喜剧《虎妈猫爸》，在剧中饰演男主角罗素的好朋友丁诚；之后，与练束梅、李健合作主演乡村情感剧《三妹》，在剧中饰演心思缜密的豆腐房伙计杨豆筋；同年，出演孙俪、刘涛、方中信主演的古装传奇剧《芈月传》，在剧中饰演太子嬴荡身边的太监冯甲，这是他首次尝试太监的角色；随后，出演俞飞鸿、杨玏、张萌主演的都市情感剧《小丈夫》，在剧中饰演热心肠的警察小张。

2016年，与陈小艺、练束梅、崔林合作主演年代亲情剧《天伦》，在剧中饰演勇敢追爱却缺少男人担当的富家公子哥刘文凯；同年，与张桐、杨若兮、王劲松合作主演革命战争剧《星火燎原之云雾街》。

2017年7月19日，其出演的古装武侠电影《绣春刀Ⅱ：修罗战场》上映，在片中饰演东厂宦官郭真；同年出演的都市情感剧《我的仨妈俩爸》于9月9日登陆央八黄金档剧场，在剧中饰演反派角色崔放。

2018年，主演电视剧《新一年又一年》，在剧中饰演林一达；随后刘亭作与陆毅、袁泉联合出演现代都市情感剧《风再起时》，在剧中饰演林云一角。