1999年，刘宇桥考入北京电影学院表演系本科班。2001年，还在北京电影学院读大二的刘宇桥，接拍了黄晓明主演的古装剧《大汉天子》，在剧中饰演汉朝名将李陵，从而正式出道 。2003年9月23日，刘宇桥与陈龙、戴娇倩等人主演的年代爱情剧《情断上海滩》在北京开机，他在剧中饰演了洁身自好、憨直爽朗又有着书卷气的正义巡捕白尘 。
2004年6月16日，刘宇桥与马景涛、陈德容等人一起主演了尤小刚执导的秘史系列剧第三部《太祖秘史》，他在剧中饰演了仇视努尔哈赤的叶赫二贝勒金台吉 ；11月22日，他与胡兵、邬倩倩等人主演的科幻险情剧《非常24小时》在北京开机，在剧中饰演的是日本人秋山峻 。
2005年10月4日，刘宇桥与曹骏、舒畅、焦恩俊等人主演的古装神话剧《宝莲灯》在央视电视剧频道播出，他在剧中扮演用情专一默默地为丁香付出，最后与转世为赵小姐的丁香终成眷属的东海龙宫八太子敖春；同年，他获得年度影视十佳新星提名 。
2006年2月16日，刘宇桥与金沛辰、石小群等人主演的都市爱情剧《白色情人梦》在辽宁综合频道播出，他在剧中饰演为了爱可以抛弃一切，但为了爱人的幸福，却一次次放弃自己所爱的摄影师杨仁杰；同年11月，因拍戏受伤不得不休息了半年的刘宇桥，在完全康复后，继续和吴倩莲等人拍摄古装剧《北魏冯太后》，他在剧中饰演北魏第四任皇帝—孝文帝拓跋宏，这是他第一次在影视作品中扮演皇帝 。
2007年4月，刘宇桥与李雪健、潘虹等人主演的战争历史剧 《台湾1895》在福建开机，在剧中饰演清朝第十一位皇帝光绪帝，而这也是他第二次扮演皇帝的角色。2008年3月30日，刘宇桥出演的武侠轻喜剧《龙虎山客栈》开机，他在剧中饰演文武双全、多才多艺，水泊梁山一百零八将之第三十六位“浪子”燕青。
2009年7月4日，刘宇桥与张涵予、李宗翰等人主演的古装剧《新水浒传》在江西龙虎山开机拍摄，他在剧中饰演出身底层蓄胡须操刀卖猪肉的草根英雄拼命三郎石秀 ；同年11月，领衔主演的商战剧《无量天》在青岛开机，他在剧中饰演年龄跨度长达三十年的陆遥远 。
2010年7月25日，刘宇桥与舒畅、肖雨雨、程怡等领衔主演的古装传奇剧《刘三姐》在广西柳州市柳城县开机，他在剧中饰演对刘三姐一见倾心，后和三姐在逃命途中互订终身，并一起跳下悬崖的老渔夫之子阿牛哥。2011年，刘宇桥与韩中、刘劲、谢钢等主演了纪实性革命剧《国家命运》，他在剧中饰演先后领导完成中国第一颗原子弹、第一颗氢弹的理论方案及一系列模拟试验的核物理学家、“原子弹之父”、两弹元勋邓稼先 。
2013年4月3日，刘宇桥出演了古装偶像爱情剧《大汉情缘之云中歌》开机，他在剧中饰演城府颇深思想缜密的大内总管于安 。2015年，刘宇桥与黄宗泽、阚清子等人主演了都市家庭情感喜剧《奶爸当家》，他在剧中饰演有着英俊的外表、健硕的身材，因被青梅竹马的马小红像被狗皮膏药一样贴着，而难有作为的汪东阳 。
2016年2月18日，刘宇桥与张歆艺、袁弘等主演的古装剧《解忧公主》央视八套首播，在剧中饰演汉朝武将淮天沙 ；5月13日，主演的古装神话剧《修仙记之何仙姑传》主演海报曝光，他在剧中饰演徐有为，与苗圃饰演的何仙姑有一段师徒情缘 ；6月7日，他与章贺、李曼等主演的抗战剧《铁血军魂》于陕西一套首播，在剧中饰演抗战爆发后投身战场的爱国人士刘瑾贤 。
2018年1月19日，刘宇桥与王铭铎、穆婷婷等主演的抗战剧《孤战之生死营救》在横店举行开机仪式 ；1月30日，出演的古装神话新武侠剧《蜀山战纪2踏火行歌》在首播，他在剧中饰演了因挚爱诸葛紫英之死，而对这个世界的因爱生恨的反派人物张问天。
2019年1月28日，刘宇桥与白鹿、许凯等主演的古装仙侠爱情剧《招摇》开播，在剧中饰演为了所谓的“大义”，而去杀害一个从未伤过人的魔王之子的金仙洛明轩 ；2月15日，联合主演的都市浪漫爱情轻喜剧《我的奇妙男友2之恋恋不忘》芒果TV开播，他在剧中饰演的是基因突变者、S组织创始人成熟霸道总裁秋月白 。
2020年3月18日，刘宇桥与文熙、刘亦彤、罗家英等主演的玄幻热血电影《蓝月》登陆腾讯视频全网独家首播，在片中饰演至尊王者战士长风 ；6月14日，参演的都市情感剧《我爱北京天安门》在东方影视频道播出。
刘宇桥自出道以来便以扎实的演技功底，引起不少观众的关注。有着俊朗相貌的他，在《大汉天子》中饰演的李陵，高贵的气质加上收放自如的表演收获不少女性剧迷 。他在《新水浒传》中饰演的石秀，无论相貌还是气质均与此前饰演的角色大不相同 ，被观众称为是贴近原著的拼命三郎 。（新浪娱乐、搜狐娱乐评）
作为“中北五虎将”之一的刘宇桥，在银幕上大展拳脚，他凭借自身的勤奋和天赋一路走过，留给了观众期待和喜爱 。在《大汉情缘之云中歌》中的他一袭白发白眉的装扮颠覆自我，所塑造的忠诚仁厚的于安收获好评不断，让观众大呼惊艳。他演绎过不少经典的荧幕角色，逗比、霸气、硬汉，善变如他，一个个鲜活的人物角色也让观众见识到他不俗的表演功力 。（网易娱乐评）
刘宇桥的演技提高的非常快，可以成为一位有实力的明星 。他对角色揣摩非常透彻，演绎非常成功 。（导演尤小刚评）