2003年11月29日，刘亚仁参演的电视剧《玉林的成长日记》在KBS电视台首播，剧中扮演刘儿仁 ；2004年4月21日参演KBS水木剧《四月之吻》，饰演少年时期的江在硕 。2007年3月1日，刘亚仁出演电影《不名誉的一家》中龙泰一角，完成电影首秀，并凭借该片提名第28届韩国电影青龙奖最佳新人男演员奖 ；5月17日，主演的独立电影《我们没有明天》上映，刘亚仁片中饰演的21岁男孩，获釜山影评家奖新人男演员奖 。2008年6月17日首播的KBS月火剧《最强七友》中刘亚仁饰演杀手黑山 。11月13日，参演的电影《西洋古董洋果子店》上映 ，凭借片中表现刘亚仁获得第11届韩国Director's CUT奖新人演技奖 。2009年6月15日，参演的电视剧《不能结婚的男人》首播，剧中扮演朴炫奎 。10月29日，参演小制作电影《天空与海洋》，该片获得了第8届地拉那国际电影节竞争单元媒体奖 。2010年8月30日，刘亚仁出演的电视剧《成均馆绯闻》在KBS电视台首播，剧中因与演员宋仲基的合作，获得2010年KBS演技大赏最佳荧幕情侣 。2011年10月20日，刘亚仁出演的电影《格斗少年，菀得》上映，片中扮演家境贫寒并处在叛逆期的问题少年菀得。该片最终电影票房达531万观影人次，凭此片刘亚仁也获得了第3届韩国电影记者协会电影赏发现奖 ，并提名第21届韩国釜日电影奖最佳男演员奖 。2012年3月19日，主演的SBS电视剧《时尚王》首播，剧中饰演姜英杰 ，该剧于2014年4月4日在中国CCTV8播出，2014年5月15日在中国CCTV1播出。2013年4月8日，刘亚仁出演的SBS电视剧《张玉贞，为爱而生》首播 。10月2日，主演电影《强哲》 。2014年1月6日，刘亚仁签约韩国UAA公司 ；2月20日，刘亚仁为动画电影《卫星女孩和乳牛》配音 ，3月13日，客串演出电影《优雅的谎言》 ；3月17日，刘亚仁出演JTBC电视台电视剧《密会》，饰演钢琴天才李善宰；8月18日，友情出演KBS电视剧《恋爱的发现》，客串剧中来夏天工坊学习的客人 。2015年8月5日，刘亚仁出演由柳承莞执导的电影《老手》，片中饰演的财阀三世赵太武，并且凭借该片提名第52届韩国电影大钟奖最佳男演员奖 ；9月16日参演的电影《思悼》上映，片中饰演思悼世子，并凭借该片获得第36届韩国电影青龙奖最佳男主角奖 ，并获得第10届亚洲电影大奖飞跃新星奖 。10月5日，主演的SBS台庆电视剧《六龙飞天》首播，剧中饰演朝鲜王朝第三代王李芳远，刘亚仁凭借该剧获得2015年度韩国SBS演技大赏长篇剧集最优秀男演员奖、十大明星奖、阻击女心奖 ，并与申世京一起获得最佳荧幕情侣奖 。2016年2月18日，参演的电影《请点赞》上映，片中饰演卢镇宇一角 。2月24日，客串演出KBS电视剧《太阳的后裔》 。6月3日，凭借作品《六龙飞天》获得第52届韩国百想艺术大赏电视部门最佳男主角 。