Лю начал свою актерскую карьеру в качестве студента по специальности исполнительское искусство в Центральная академия драмы в Пекин. Он дебютировал в Почтальоны в горах (1999) автор: Хо Цзяньци, получивший награду за лучший полнометражный фильм на китайском Награды Золотой Петух и заработал Лю номинацию на лучшую мужскую роль второго плана. Затем Лю сыграл в фильме молодого гомосексуалиста. Лан Ю (2000) автор: Стэнли Кван, что принесло ему награду за лучшую мужскую роль на конкурсе Золотая лошадь награды. После этого Лю снялся во многих известных фильмах, таких как Любители неба (2002), которая принесла ему премию за художественный вклад в Токийский международный кинофестиваль; Бальзак и маленькая китайская швея (2002), что помогло Лю прорваться в Голливуд.[нужна цитата] так же хорошо как авангард драматический фильм Фиолетовая бабочка (2003), которые соревновались в 2003 году Каннский кинофестиваль.
Первый голливудский фильм Лю Темная материя, основанный на 1991 г. Стрельба из Университета Айовы, был снят в 2006 году. В ролях напротив Мерил СтрипЛю сыграл роль китайского аспиранта по физике по имени Лю Син. Темная материя выиграл Приз Альфреда П. Слоана на 2007 Кинофестиваль Сандэнс и был выпущен в США в апреле 2008 года.
Лю, которого многие считают одним из лучших актеров материка, появлялся на экране в разнообразных ролях, например, в роли дерзкого молодого человека в Стэнли Кванс Листва (2003), который принес ему награду за лучшую мужскую роль на Награды Золотой Петух; грозный снежный волк в Чен Кайгес Обещание (2005) и коварный принц в Чжан Имоус Проклятие Золотого Цветка (2006); его выступление принесло ему номинацию на лучшую мужскую роль второго плана на Гонконгские кинопремии. Он избавился от своего меланхоличного и слабого изображения на экране. играть более жесткие и сложные роли, такие как гангстер в Джон Вус Братья по крови (2007) и Дин Шэнс Underdog Knight (2008), где он играл отставного психически больного солдата. Лю также сыграл свою первую злодейскую роль в Связанный (2008), ремейк американского фильма Сотовая связь.
Но задумчивое присутствие Лю на экране действительно стало очевидным с почти одновременным выпуском Лу ЧуанДань Нанкинской резне, Город Жизни и Смерти, и Инь Ли Железный человек (оба в 2009 году). Главный герой обоих фильмов, Лю играет храброго солдата в эпопее Луи и бронзового нефтяника в фильме Инь о тех, кто боролся за развитие нефтяной промышленности Китая в пустыне Такла-Макан в Западном Китае; успешно избавился от своего предыдущего изображения на экране.
В дань уважения патриотизма 2011 года, Основание партиисообщалось, что Лю требовалось набрать 10 кг, чтобы сыграть 30-летнего Мао Цзедун, подвиг, которого он достиг, съедая 20 яиц в день. После съемок Эндрю Лауромантический фильм Прекрасная жизнь в том же году Лю воссоединился с Лу Чуан в Тайная вечеря (2012), историческая эпопея стоимостью 15 миллионов долларов, в которой он играет Лю Банг.
Лю был награжден французским правительством Орденом искусств и литературы в 2013 году.
В 2014 году Лю снялась в военной драме. Тихо в Пекине писателя Лю Хэпина. Сериал, основанный на событиях Освободительной войны в конце 1940-х годов, получил широкое признание благодаря интересному сюжету и исторической достоверности; и имел огромный успех в Китае.
Лю выиграл Золотой кубок за лучшую мужскую роль за его выступление в роли автомеханика, который неожиданно оказался вовлеченным в дело об убийстве в фильме Петух и бык (2016), его первая награда за десять лет.
Лю женился на французском (еврейского происхождения) фотографе Анаис Мартане в Пекине 5 июля 2009 года. Их первый ребенок, сын по имени Ноэ (Нуойи по-китайски), родился 10 октября 2010 года во Франции. Через несколько лет у них родилась дочь Нина.