1999年，刘冠翔考入北京电影学院99级表演系本科。

2001年，还在北京电影学院读大二的刘冠翔接拍了古装剧《大汉天子》，饰演汉朝名将李陵。

2003年，主演电视剧《情断上海滩》饰演正义巡捕白尘。

2004年，参演马景涛主演的清朝秘史剧《太祖秘史》，饰演叶赫贝勒金台吉。同年，拍摄电视剧《非常24小时》，饰演一名日本人“秋山峻”。

2005年，在神话剧《宝莲灯》中扮演东海八太子敖春。夺得2005年度影视十佳新星。

2006年上半年，由于拍戏受伤，刘冠翔迫不得已耽搁了半年的拍戏时间。

2007年，已经完全康复的他在涿州和吴倩莲合作拍摄古装戏《北魏冯太后》，在其中饰演孝文帝拓跋宏。

2009年，参演《新水浒传》，饰演出身底层的草根英雄拼命三郎石秀。在剧中，刘冠翔蓄胡须操刀卖猪肉，无论相貌还是气质均与此前饰演的角色大不相同。

2011年，主演《国家命运》，饰演两弹元勋邓稼先。该剧是以“两弹一星”的发展历程为主线，真实再现中国人依靠自己力量研制试验原子弹、导弹和人造地球卫星的艰巨历程。

2013年，在作家桐华小说《云中歌》改编的电视剧《大汉情缘》中出演城府颇深，思想缜密的大内总管于安。

2016年，参演的大型历史剧《解忧公主》在央八热播。拍摄东方神话魔幻巨制《修仙记之何仙姑传》。

2019年1月28日，参演的古装仙侠剧《招摇》播出，在剧中饰演十大宗门之首洛明轩。