1979年考入解放军艺术学院表演系。1983年毕业于解放军艺术学院戏剧系，毕业后分配到新疆乌鲁木齐军区话剧团任演员。1985年首次在电影《二子开店》中参加演出。1986年因拍摄《无悔追踪》而走红 [1]  。 1987年调到北京军区战友话剧团。1996年调入中央实验话剧院，国家一级演员。1997年因在《离开雷锋的日子》中扮演了乔安山一角而获得关注。2000年主演电视剧《大宅门》，饰演三爷 [2]  。2004年出演袁军导演的电视连续剧《红色娘子军》，饰演反面角色 [3]  。2013年首次担任导演兼主演温情励志剧《幸福相依》。2014年与陈道明、巩俐等主演张艺谋执导的电影《归来》 [4]  。2017年，凭借战争史诗电影《龙之战》获得第20届上海国际电影节-电影频道传媒关注单元最受传媒关注男主角奖 [5]  。2017年10月17日，由刘佩琦担任主演的电影《守边人》在北京举行了首映仪式。2019年2月4日，2019年中央广播电视总台春节联欢晚会，刘佩琦与刘劲、李光洁朗诵《可爱的中国》 [6]  。