1997年与颜丹晨、张超、炀姿白云合作主演青春剧情电影《花季·雨季》，在片中饰演擅长打篮球的体育委员王笑天，2006年出演有张涵予、邓超、廖凡主演的战争题材电影《集结号》，在片中饰演解放军干事刘干事，2007年，与罗德元、黄轩、郑罗茜合作主演剧情电影《地下的天空》，在片中饰演矿工宋大明，同年，与国丽娜、齐奎合作主演数字电影《极限救援》，在片中饰演乐于助人、豪爽直率的出租车司机刘武塑。2008年，与葛优、邬君梅、段奕宏合作主演桃色喜剧电影《桃花运》，在片中饰演老实善良且带点傻气的酒店厨师关祥，与小宋佳饰演一对情侣，同年6月，凭借电影《极限救援》获得“第11届上海电影节传媒大奖”最具潜力新人奖。2009年与徐帆、张静初、陈道明合作主演灾难电影《唐山大地震》，在片中饰演女主角方登的弟弟方达，2010年，与刘烨、陈坤、张嘉译合作主演历史电影《建党伟业》，在片中饰演张国焘，这是他首次出演历史人物。
2015年主演电影版《咱们结婚吧》于4月2日上映。与高圆圆、姜武、李晨、郭碧婷、郑恺、陈意涵、王自建联袂参演。刘涛第一部作品是在《外来媳妇本地郎》饰胡幸子刘涛成功扮演了这个外来媳妇，一个精明势利的上海姑娘，在《天龙八部》中她对阿朱的诠释赢得了观众的一致认可，被誉为是可以和当年港版《射雕》里黄蓉一角相提并论的经典角色；她结婚前最后作品《女人花》中，被认为是演技大突破，在唱腔和身段方面均拿捏得恰到好处。
李晨身上有一种理科生的典型特质，睿智、阳光、亲和、稳健。李晨的五官线条够英朗，搭配健康的肤色更是男人味十足。李晨外形阳光帅气，并且亲和力十足。李晨能够紧扣角色，并且对角色的把握张弛有度。在经过多部戏剧的扎实积累，让他的演技日臻精湛，也比同龄人多了一些心灵的淬炼。李晨不仅拥有帅气的肌肉线条与爆表的颜值，他言语间的体贴、温柔又不失霸道的味道更让《我们结婚吧》中的角色爆发男性荷尔蒙。
