刘旭是南京市话剧团的一级演员，曾在多部大型话剧和电视剧中扮演重要角色。他出演过话剧《平头百姓》《沦陷》《枫林》等，还在电视剧《东方红1949》中饰演了林彪一角。在2012年电视剧《聂荣臻》中，他成功地塑造了林彪一角，受到导演和观众的好评。此外，他还出演了影视剧《毒刺》《永不消逝的电波》《五号特工组》《决战南京》《爱上特种兵》等。2020年12月27日，他在电视剧《跨过鸭绿江》中扮演了赵如迪一角，并在中央电视台综合频道播出。2021年10月5日，他特别出演的电视剧《反骗警察》在唐山开机。12月17日，刘旭主演的电影《跨过鸭绿江》全国上映。2022年4月18日，刘旭参演的电视剧《且试天下》播出。2001年，他还参演了话剧《天地良心》。

2001年参演《天地良心》。

2008年其参演的《五号特工组》播出。

2010年其参演的《永不消逝的电波》播出。

2011年其参演《毒刺》播出。

2020年7月10日主演网络电影《上海夜行》；8月15日参演重大革命历史题材剧《跨过鸭绿江》；同年在蔡聪执导的电视剧《韫色过浓》中饰苏浩然。

2021年12月17日，参演的电影《跨过鸭绿江》在中国大陆上映。

2022年3月18日，参演的动作悬疑电影《上海夜行2危险游戏》在爱奇艺全网独家首播。4月18日，参演的电视剧《且试天下》在中国大陆首播。12月7日，参演的电视剧《县委大院》在中国大陆首播。12月23日，参演的电视剧《破晓东方》在中国大陆首播。12月25日，参演的电视剧《原来是你》在中国大陆首播。

2023年1月22日，参演的电影《无名》在中国大陆上映，并于3月9日在中国香港和中国澳门上映，并将于4月26日在韩国上映。同年5月21日，他参演的电视剧《一代匠师》开播。6月16日，参演的电影《巡察》在中国大陆上映。11月2日，刘旭参演的电视剧《治愈系恋人》在中国大陆播出。