2006年，刘宪华通过参加韩国SM娱乐有限公司举办的全球选秀活动，而成为SM旗下签约艺人。2007年9月21日，作为SuperJunior二辑特别嘉宾首次在舞台上演出。

2008年4月8日，以SuperJunior-M成员的身份正式出道，并发行了出道单曲《迷》；5月2日，随SuperJunior-M推出组合首张正规专辑《迷（Me）》。2009年9月23日，随SuperJunior-M推出组合首张迷你专辑《SuperGirl》，该专辑在台湾G-MUSIC风云排行榜上取得了第一名的成绩。

2011年2月25日，随SuperJunior-M推出组合第二张迷你专辑《太完美》；11月12日，随SuperJunior-M获得第17届新加坡金曲奖最佳组合奖。2012年10月31日，成为SM推出的限定组合YouniqueUnit的成员之一。

2013年1月7日，随SuperJunior-M推出组合第二张正规专辑《BreakDown》，该专辑在美国Billboard全球专辑排行榜中取得了第一名的成绩；同年，与杨紫琼搭档主演剧情电影《花样厨神》（《FinalRecipe》），在片中饰演为了挽救爷爷的餐厅而参加了厨师大赛的男主角一晗，该片于2016年8月26日在中国内地上映，这是他的首部电影作品；6月7日，推出首张个人迷你专辑《Trap》，收录了包括《Trap》、《1-4-3》等在内的6首歌曲；10月，与张歆艺搭档主演青春爱情偶像剧《甜蜜都市》，在剧中饰演阳光帅气的台湾大男孩彭博宇，这是他的首部电视剧作品。

2014年3月21日，随SuperJunior-M推出组合第三张迷你专辑《Swing》；7月14日，推出第二张个人迷你专辑《Fantastic》，收录了包括《Fantastic》、《频频》等在内的6首歌曲；8月，凭借个人专辑《Trap》和《Fantastic》分别获得新城国语力颁奖礼最高人气偶像奖、最优秀男子舞曲奖；12月29日，获得MBC演艺大赏男子新人奖。

2015年1月9日，与闵孝琳、郭时旸、郑真英领衔主演的青春励志情感剧《百折不挠具海拉》首播，在剧中饰演对唱歌和表演有着无比热情的Henry，这是他的首部韩剧作品；随后，正式退出MBC综艺节目《真正的男人》；11月16日，与苏志燮、申敏儿、郑糠云共同出演的浪漫爱情剧《OhMyVenus》播出，在剧中饰演男主角金英浩的好友金志雄。

2016年，作为固定嘉宾参加东方卫视明星户外旅游真人秀《花样姐姐第二季》的录制；5月，与何炅搭档主持腾讯视频调查类真人秀节目《你正常吗第三季》；6月，作为固定嘉宾参加腾讯视频亲子互动真人秀节目《放开我北鼻》的录制；7月，作为固定嘉宾参加湖北卫视体育竞技类节目《阳光艺体能》的录制；9月，作为固定嘉宾参加优酷视频明星美食类脱口秀节目《穿越吧厨房》的录制。

2017年1月15日，与何炅、黄磊共同参加的湖南卫视生活服务纪实节目《向往的生活》首播；3月17日，推出个人单曲《想念（Girlfriend）》；4月29日，推出个人原创单曲《RealLove》；6月23日，推出个人单曲《I’mgood（Feat.nafla）》；7月3日，获得2016-2017泰国头条新闻年度风云人物最具影响力大奖；7月21日，与尹钟信等共同创作的歌曲《LemonadeLove》上线，该歌曲由MARK、朴载正演唱；8月30日，推出个人单曲《ThatOne》；9月，作为固定嘉宾参加江苏卫视明星美食类脱口秀节目《穿越吧厨房第二季》的录制；9月15日，推出个人单曲《视线固定(U&I)》；9月28日，为电视剧《当你沉睡时》演唱的插曲《It'syou》正式上线；11月22日，获得第14届MAHB年度先生盛典年度新势力偶像奖；12月29日，获得MBC演艺大赏艺部门男子优秀奖；12月31日，参加湖南卫视跨年演唱会，演唱了《trap》等歌曲。

2018年1月9日，为电影《西游记女儿国》演唱的片尾曲《女儿情》上线；2月2日，推出个人单曲《Monster》；3月30日，作为固定嘉宾参加的JTBC音乐类综艺节目《beginagain2》开播；4月20日，与何炅、黄磊、彭昱畅共同参加的湖南卫视生活服务纪实节目《向往的生活第二季》播出；同月，与SM结束合约关系，成立个人工作室；11月，以出品人的身份参加湖南卫视原创新形态声乐演唱节目《声入人心》。

2019年5月17日，与丹尼斯·奎德、乔什·盖德、贝蒂·吉尔平联合主演的家庭喜剧电影《一条狗的使命2》上映，他所饰演的特伦特是CJ的丈夫，二人幼时是玩伴、邻居，这也是他首次出演好莱坞电影的男主角；7月19日，作为固定嘉宾参加的JTBC音乐类综艺节目《beginagain3》开播；10月5日，作为“风暴见证官”参加的湖南卫视青年舞者竞技秀节目《舞蹈风暴》开播；随后，作为“比心团”成员加盟爱奇艺自制华语名曲竞演综艺《这样唱好美》；12月20日，发行华语创作单曲《可是我爱你》。

2020年1月1日，与何润东合作主演的动作冒险电影《征途》上映；1月17日，在中央广播电视总台2020央视网络春晚中，参演歌曲串烧《嗨唱正能量》；1月25日，在湖南卫视“文化中国·四海同春”2020全球华侨华人春节大联欢中，演唱《龙的传人》；2月7日，推出与远东韵律和AlunaGeorge合作的《NiceThings》；2月12日，推出单曲《ThinkingofYou》；2月29日，在《经典咏流传第三季》的舞台上，他带来融合中西音乐元素的《题西林壁》，11月19日，发行主打歌《Radio》。

2021年8月9日，《这就是街舞4》官宣定档，8月14日起每周六晚8点优酷视频独播。