2015年，年仅10岁的刘世杰参演了由罗灿然执导，
马少骅、
关晓彤主演的情感剧《
搭错车》。该剧成为他入行的第一部作品。随后，由他主演的奇幻儿童电视剧《
小戏骨：八仙过海》在
腾讯视频全独播。2018年《
那年花开月正圆》热播，刘世杰凭借在剧中饰演“玉林”一角而被广泛关注。2019年，刘世杰参演的古装神话剧《
宸汐缘》在
爱奇艺首播，在剧中饰演童儿一角。此后接连参演了古装传奇剧《
九州缥缈录》及近代传奇剧《
燕阳春》。
2020年1月16日，由
胡一天、
陈哲远主演的《
绝代双骄》首播，刘世杰在剧中饰演少年江枫。同年年底，刘世杰参演的电视剧《
了不起的儿科医生》在
北京卫视播出，
优酷、
芒果TV联合独播。
2015年，年仅10岁的刘世杰就参演了由罗灿然执导，
马少骅、
关晓彤主演的情感剧《
搭错车》，他在剧中饰演王科长，该剧也是他踏入娱乐圈的第一部作品。
2018年年初，由他主演的奇幻儿童电视剧《
小戏骨：八仙过海》在
腾讯视频全独播，在剧中饰演“
灵宝天尊”，该剧改编自八仙民间故事传说，一众小演员们的表现也深受观众认可。随后由
马小刚执导的犯罪悬疑系列电影《
罪途》在腾讯视频独家播出，他在剧中饰演少年韩家斌。该剧在第三届金骨朵网络影视盛典上获得年度品质网络电影奖。
刘世杰参演的由
丁黑执导，
孙俪、
陈晓领衔主演的年代剧《
那年花开月正圆》于2018年3月热播，他在剧中饰演“玉林”一角被广泛关注。此外他还先后参演了多部作品，包括电视剧《
调香师》和古装喜剧电影《
厨霸江湖》。
之后2019年，刘世杰参演
曹振宇执导的电视剧《
燕阳春》在常州新闻综合频道播出，他饰演了小燕青的角色。同年他参演的电视剧《嗜血龙鳞决》《
宸汐缘》《
九州缥缈录》也相继播出；其中在《九州缥缈录》中与
刘昊然、
宋祖儿、
陈若轩等合作饰演了没落贵族小姬野，讲述了少年英雄成长、崛起、坚守信义的故事。2019年至2020年期间，刘世杰陆续参演的电视剧作品《
我不是购物狂》《
成化十四年》《
离人心上》上映。
刘世杰参演的古装武侠剧《
绝代双骄》于2020年1月播出，他在剧中饰演少年
江枫；同年3月，与
韩东君、
陈瑶合作的古装玄幻剧《
无心法师3》首播，他在剧中饰演班主儿子；之后他又参演了都市轻喜推理剧《
猎心者》在剧中饰演小戴猛。同年7月22日，由他参演的惊悚恐怖
科幻《幽灵螳螂》上映。11月30日，由
陈晓、
王子文等主演的都市医疗剧《
了不起的儿科医生》在
北京卫视、
深圳卫视首播，其中他饰演了赵俊峰。同年，由他参演的动作悬疑片《影子行动之血封喉》上映。次年由他参演的网络剧《
暗格里的秘密》在
芒果TV播出。