2011年9月22日，与陈真希、陈牧扬、陈一诺共同主演的由北京东方飞云国际影视公司出品的侦探悬疑数字电影《蝴蝶魔咒》播出，在片中饰演江天；10月23日，主演的由北京东方飞云国际影视公司出品，关慧卿、郭家豪、王时雨共同主演的数字电影《女人莲心》在内蒙古卫视《儿女传奇》节目首播，在片中饰演龙振邦。

2013年，还在中戏读大三的刘学义出演了古装剧《上官婉儿》，在剧中饰演反一号武则天的侄子武三思，从而正式出道。

2014年，与左小青、郭晓东合作出演年代情感剧《我们的纯真年代》，在剧中饰演男主角涂阳的弟弟涂强。

2015年，与景甜、耿乐、聂远合作主演古装剧《大玉儿传奇》，在剧中饰演因钟情于大玉儿而与多尔衮产生矛盾的蒙古察哈尔林丹汗之子额哲。

2016年1月，主演由弗拉基米尔·缅绍夫执导的奇幻爱情电影《冰美人》，在片中饰演为寻找失踪的爱人嘎丽娅而四处奔走直至白发苍苍的痴情男子张梦生；7月，与李易峰、赵丽颖、杨紫合作主演古装玄幻剧《青云志》，在剧中饰演足智多谋、城府颇深的青云门第一弟子萧逸才 ；8月，与杨紫、秦俊杰合作主演传奇清装剧《龙珠传奇之无间道》，在剧中饰演吴应麒一角 。

2017年4月，与任嘉伦、李曼合作主演热血谍战剧《秋蝉》，在剧中饰演林小庄一角；9月，在与张睿、李曼合作主演的青春热血神话IP大剧《封神之天启》中饰演商朝太子殷郊。

2018年7月，与杨紫、任嘉伦合作主演青春神话剧《天乩之白蛇传说》播出，在剧中饰演邪魅狂狷的妖帝斩荒和仙姿出尘的天帝两个角色。

2019年6月，与侯明昊、成毅等主演的超级季播剧《怒海潜沙&秦岭神树》播出，在剧中饰演解家当家解雨臣。

2020年8月，与成毅、袁冰妍合作主演的东方玄幻仙侠剧《琉璃》在在优酷、芒果TV播出，在剧中分别饰演昊辰和白帝两个角色 。

2021年1月，领衔主演电视剧《夜色暗涌时》，饰演莫灵泽；5月19日，领衔主演的古装甜宠剧《清落》在优酷全网独播，在剧中饰演风苍国皇子夜修独；6月17日，与周冬雨、许凯合作主演古装言情仙恋剧《千古玦尘》在腾讯视频全网独播，剧中饰演天启和净渊 ；7月11日，由他主演的季播剧《云顶天宫》在腾讯视频全网独播；8月25日，主演的软科幻悬疑剧《天目危机》在芒果TV播出；同年，他还领衔主演了古装玄幻仙侠剧《落花时节又逢君》；10月，主演的古装武侠剧《少年歌行》在横店开机，在剧中饰演无心。