2009年，刘心悠与蓝正龙、柯有纶等合作爱情电影《爱到底·华山24》，与蓝正龙在剧中饰演一对情侣；同年，参演《鱼狗》，出演陈小幸一角，与张雁名在剧中饰演一对亡命鸳鸯。
2011年，刘心悠与刘诗诗、吴奇隆等演员合作穿越剧《步步惊心》，饰演马尔泰·若兰一角。
2012年，刘心悠与刘庭羽、杨恭如、惠英红合作中国大陆电视剧《唐宫燕》出演孟芙；11月，主演电影《天生爱情狂》。
2013年，刘心悠与谭耀文、穆婷婷联袂出演神话剧《土地公土地婆》的第三单元《美人照镜》，饰演朱慰慈。
2013年9月10日，主演都市青春喜剧电影《4B青年之4楼B座》在中国大陆上映；
2014年，出演《步步惊情》，饰演马伊诺/整容后的蓝兰。7月，主演张家辉首次执导的灵异电影《盂兰神功》。
