二零零六年，该演员在电视剧《食神》中饰演了飞鸿一角，由此开启了其演艺生涯。到了二零零九年，他进一步在大银幕上亮相，于电影《落花有泪》中塑造了杜佳文这一角色。二零一二年八月十七日，其参演的古装喜剧电影《河东狮吼Ⅱ》正式公映，他在片中生动演绎了名为汤圆的角色。次年，即二零一三年，他出演了一部军旅题材电视剧《战雷》，展现了不同的表演风格；同年十一月六日，他又友情客串了爱情家庭剧《咱们结婚吧》，在剧中饰演果然的好兄弟常贱，给观众留下了深刻印象。 二零一四年，他的演艺事业持续拓展，参演了犯罪悬疑题材的电影《十二公民》；并在二月十五日，以孙艺洲班长的身份作为特邀嘉宾，参与了综艺节目《非常静距离》的录制。二零一五年八月二十七日，由他主演的抗日题材电视剧《英雄吉鸿昌》播出，他在剧中成功刻画了日军低级情报官寺内介这一复杂角色；同年，他还参与了电影《湖杀令》的拍摄工作。 二零一六年九月八日，其参演的现代都市家庭剧《爱情万万岁》播出，他在剧中饰演了金娜的前夫王子丰。进入二零一七年，二月九日，他参演的古装战争历史剧《大秦帝国之崛起》播出，他在剧中饰演了嬴壮一角。二零二一年，他的作品依然丰富，八月二十九日，出演的现代农村剧《花开山乡》播出，他饰演了军人出身的万军；九月二十六日，他又出演了重大现实题材剧《功勋》之《能文能武李延年》单元，在剧中饰演连长刘家龙。 二零二二年，他参演了古装电视剧《风起陇西》，在剧中饰演关长老；四月二十日，参演了北京人艺院庆纪念版《蔡文姬》，饰演左贤王；十月十四日，参演的都市爱情偶像剧《追光者》播出，他在剧中饰演律师老何；十一月十四日至二十六日期间，他参演了北京人艺话剧《莲花》，饰演天和。二零二三年一月十八日，他参演了北京人艺的开年大戏《正红旗下》；同年还参演了话剧《调查》；九月二十日，参演的话剧《足球俱乐部》在北京国际戏剧中心曹禺剧场演出；此外，同年他还参演了话剧《小井胡同》，并在其中饰演刘家祥。 二零二四年四月，其主演的网剧《归棹》正式开机；同年十二月二十四日，参演的电视剧《归棹》播出。在其演艺履历中，还曾在作品《战雷》中饰演贺权，在《归棹》中饰演何宏光，在《镖门》、《镖门》、《镖门》、《镖门》及《英雄吉鸿昌》等多部作品中均饰演了名为贾克木的角色，此外也再度诠释过寺内介一角。展望未来，他已确定将于二零二五年十一月十三日参演北京人艺话剧《小郡之秋》，在剧中将与陈小艺搭档，饰演夫妻比尔，该剧计划演出至十一月二十九日于曹禺剧场结束。
在2023年9月举办的一场以“戏剧与城市”为核心议题的专题论坛上，北京人民艺术剧院的演员刘辉作为剧院代表出席了活动。他结合自身多年积累的舞台实践经验与艺术感悟，深入阐述了北京人民艺术剧院的戏剧创作与北京这座城市深厚的历史文化底蕴之间相互滋养、彼此成就的紧密联系。在发言中，刘辉还特别向与会者生动分享了经典话剧作品《足球俱乐部》在近期重新编排上演过程中，许多不为人知的幕后筹备细节与创作花絮。