1979年考入解放军艺术学院表演系。1983年毕业于解放军艺术学院戏剧系，毕业后分配到新疆乌鲁木齐军区话剧团任演员。1985年首次在电影《二子开店》中参加演出。1986年因成功拍摄《无悔追踪》而走红。 1987年调到北京军区战友话剧团。

1990年，刘佩琦在《女模特风波》中扮演一个大学生。1991年，刘佩琦抓住了与张艺谋合作的机会，在影片《秋菊打官司》中出演了只有7场戏的小角色。

1994年刘佩琦又凭借其在电影《二嫫》里的表演在洛加诺国际电影节上获得四项奖项。

1996年底，刘佩琦又在《离开雷锋的日子》中扮演撞死雷锋的乔安山，该片创下当年票房纪录。 此外刘佩琦还参加拍摄了《无悔追踪》等大量电视剧。1996年调入中央实验话剧院（中国国家话剧院），国家一级演员。1997年，刘佩琦调到了中央实验话剧院，妻子孟天骄也从总机班调到了北影画报社，他们的事业也渐有起色。

2000年刘佩琦与斯琴高娃、雷恪生，三位老戏骨合作出演《大宅门》，饰演三爷。2001年与尤勇、陈瑾等人主演的电视剧《大法官》，在剧中出演了一位处世不乱、内功深厚的很会做官的法院院长--陈默雷。

2002年主演电视剧《团圆两家亲》，在片中刘佩琦、吕丽萍分饰男女主角，剧中他们扮演多年前的恋人，偶然的重逢不免让他们陷入了感情纠葛，而王刚在剧中是半路上杀出个程咬金，对“洋”味十足的面包房女老板吕丽萍情有独钟，于是土里土气的饺子馆老板刘佩琦心生醋意，一段啼笑皆非的故事就这样开始了。

2003年刘佩琦将一改以往的小人物形象，在电视连续剧《强制执行》中出演法院院长白天 。2003年与宁静、萧蔷等主演电视剧《大马帮》，饰演杨正才。2004年出演著名导演袁军导演的电视连续剧《红色娘子军》，饰演反面角色南霸天并与殷桃、王伟等主演合作。

2008年主演电视剧《天下兄弟》，在剧中刘佩琦出演一个农民，有3个儿子。儿子的扮演者分别是聂远、吴健、董勇。聂远和吴健演的还是双胞胎。

2011年主演电视剧《杨善洲》，饰演只为公家办事、不顾自家苦乐的“公家老爸”。2012年主演电影《雨中的树》，饰演程世新。2012年刘佩琦、沈丹萍领衔主演的电影《咱们的工会主席》，主演刘佩琦在桂林与王远文共同上班、下班，进企业、下车间，体验了工会主席的真实生活。

2013年首次担任导演兼主演拍摄大型温情励志剧《幸福相依》，剧中斯琴高娃、祝希娟、雷恪生、王茜华等人的鼎力加盟，为该剧增色不少。2013年出演导演郭宝昌执导的话剧版《大宅门》，饰演让人又爱又恨的三爷白颖宇。2013年4月刘佩琦在厦门拍唯美暖情剧《心肝宝贝》，并于剧中饰演严父，对纯朴的前女婿李冬阳颇为严苛。2013年刘佩琦与李雪健、陶慧敏共同主演家庭伦理剧《有你才幸福》，饰演康老师。

2014年刘佩琦与陈道明、巩俐等主演张艺谋执导的电影《归来》。2014年3月与刘劲、刘之冰、聂远等主演型革命战争题材电视剧《掩不住的阳光》，饰演曾山。

2017年1月1日，参演由李小璐、张译携手演绎的都市情感剧《守护丽人》播出，饰演张译的父亲陈跃进；4月16日，参演刘进执导的年代剧《白鹿原》，在其中饰演“白鹿原”的精神领袖“朱先生”；8月4日，由其领衔主演的战争史诗电影《龙之战》上映，他在片中饰演民族英雄冯子材，并凭借该角色获得第20届上海国际电影节-电影频道传媒关注单元最受传媒关注男主角奖；8月30日，参演近代传奇女性大剧《那年花开月正圆》，剧中饰演周老四。

2018年，加盟根据天下霸唱同名小说改编的冒险题材悬疑励志剧《天坑鹰猎》，剧中饰演“老洞狗子”；同年8月14日，由宋祖儿、徐海乔主演古装电视剧《夜天子》在腾讯视频播出，在剧中饰演宋祖儿的父亲夏老爹；10月31日，由杨阳执导、根据猫腻同名小说改编的古装励志玄幻剧《将夜》在腾讯视频上线，剧中刘佩琦饰演知守观观主陈某；

2019年2月4日，2019年中央广播电视总台春节联欢晚会，刘佩琦与刘劲、李光洁朗诵《可爱的中国》。同年，刘佩琦主演养老题材电视剧《幸福院》，剧中饰演退休后老有所乐，有儿子、有孙子的于老乐。10月18日，由刘佩琦等主演的《订亲》宣布定档11月8日。

2019年，出演革命历史题材电视剧《掩不住的阳光》。

2020年，主演家庭都市剧《嗨，什刹海》。5月1日，参加央视五一晚会，于马少骅、吴京安、侯勇、倪大红、刘劲共同演绎了一首诗朗诵《向胜利进军》。5月26日，参演的年代传奇励志剧《塞上风云记》在中央电视台电视剧频道黄金档播出，刘佩琦在剧中饰演瞿大宅。9月8日，由其主演的爱奇艺独播剧《一剪芳华》圆满杀青。