2018年5月17日，刘浩存被张艺谋确定为电影《一秒钟》的女主角；7月，正式进入电影《一秒钟》剧组，开始了自己的演艺生涯。2019年1月，其参演的电影《一秒钟》进入柏林电影节主竞赛单元。

2020年，入选央视“星辰大海”青年演员优选计划；11月27日，与张译、范伟共同主演的电影《一秒钟》上映，同时，她还为该片演唱了同名主题曲《一秒钟》；11月28日，参加第33届中国电影金鸡奖闭幕式暨颁奖典礼，演唱歌曲《一秒钟》；12月6日，凭借其主演的首部电影《一秒钟》获得TATLER BALL尚流新星奖项；12月30日，获得电影频道M榜年度最具潜力演员奖；12月31日，主演的剧情片《送你一朵小红花》上映，在片中饰演身患癌症的乐观女孩马小远，她也凭借该片成为了票房过10亿的“00后”女演员。

2021年1月5日，凭借在《一秒钟》和《送你一朵小红花》中的表现，获得澳涞坞影评人协会评选的首届金榆花奖·2020年华语电影大奖“最佳新锐影人奖”；1月10日，受邀参加“2020腾讯娱乐年度盛典”，并斩获腾讯娱乐白皮书“年度电影新演员”1月14日，做客搜狐娱乐最新明星互动体验式节目《我的同事是明星》；1月25日，获得由百度APP主办的2020百度娱乐人物“年度最佳电影新人奖”；1月31日，作为国宝金杖的守护人亮相CCTV-3大型文博探索节目《国家宝藏第三季》，以一身精灵造型饰演金杖杖灵，并为前世传奇献唱歌曲《飞鸟和鱼》，这是她的古装首秀，也是综艺首秀；2月5日，作为助梦嘉宾亮相CCTV-3互动类综艺节目《我要上春晚》的特别节目《直通之夜》，并表演歌曲《送你一朵小红花》；2月11日，参加2021年中央广播电视总台春节联欢晚会，与迪丽热巴等人表演歌曲《奔跑的青春》；2月18日，获得由电影杂志《中国银幕》主办的“2020中国银东幕风云榜”年度新人演员奖；2月26日，参加2021年中央广播电视总台元宵晚会，与李沁、金晨、王俊凯、陈立农共同演唱歌曲《出发吧，春天》；2月28日晚，参加新浪2020微博之夜，获得“微博年度期待演员”的荣誉；3月28日，获得第12届青年电影手册年度盛典2020年度新演员；4月30日，与张译、秦海璐、于和伟等人主演的谍战片《悬崖之上》上映，在片中饰演女特工小兰；6月12日，参加2021年微博电影之夜，荣获“年度最受关注演员”荣誉；6月18日，凭借《送你一朵小红花》获得第18届电影频道传媒关注单元最受传媒关注新人女演员 。7月，刘浩存成为世界知名品牌路易威登品牌大使。9月14日，9月21日，参加《2021大湾区中秋电影音乐晚会》，和张明敏等共同演唱歌曲《我的中国心》；9月30日晚，获得北京国际电影节·第28届大学生电影节最受大学生欢迎年度新人荣誉；10月8日，第十五届亚洲电影大奖线上公布进行，刘浩存凭借电影《一秒钟》获得最佳新演员奖；10月23日，刘浩存凭借电影《一秒钟》中刘闺女一角获得第八届文荣奖新生代单元（电影类）最佳青年女演员奖；12月27日，刘浩存被官宣为担任2021年中国金鸡百花电影节开幕式暨金鸡奖提名者表彰仪式演出嘉宾；同日，凭借《送你一朵小红花》入选2021年度电影频道“星辰大海”青年演员优选计划。

2022年2月，参加《百花迎春》晚会，代表中国电影家协会拜年。2月1日，出演由韩寒执导的爱情动作电影《四海》上映；2月5日，参加《2022年残健融合春节文艺晚会》与李明、残疾人代表曹雁、曹晟康共同表演诗朗诵《芬芳誓言》；8月4日，主演的青春电影《念念相忘》上映；12月31日，与成龙、郭麒麟共同主演的喜剧动作电影《龙马精神》上映。