1990年，刘玉玲正式步入影坛，接拍其第一部电影《贝弗来山90210》，在这部电影中，刘玉玲扮演一个女招待的角色。之后，她在1995年独立影片《Bang》中她扮演一名妓女，她还在《甜心先生》中得到过一个小角色。1997年，她出演了电视剧《甜心俏佳人》。

1999年，她先是在克林特·伊斯特伍德自导自演的影片《真实罪行》中扮演一个死于非命的小商店店员，接着又在梅尔-吉布森主演的犯罪题材动作片《危险人物》中出演黑帮首领的情妇，年底她还在安东尼奥·班德拉斯和伍迪·哈里森主演的讲述拳击手生涯的影片《玩到死》中摇身一变成为搭车女郎。后又与卡蒙-伊莱克特拉在《Mating Habits of the Earth Bound Human》中演对手戏。

2000年，刘玉玲与卡梅伦·迪亚兹、茱儿·巴里摩尔合演《霹雳娇娃》系列。2003年，刘玉玲在《杀死比尔》中的表演，为她赢得了MTV电影奖最佳反派。2006年刘玉玲唯一现身屏幕的影片是《幸运数字斯莱文》，剧中她扮演乔什·哈奈特恋上的一名女孩。2006年也是刘玉玲踏入执行制片人行列的一年，她制作了一部讲述1956年匈牙利革命的纪录影片《自由的愤怒》，制作并主演了影片《恶报》和《清除代码》。

2008年，刘玉玲在《功夫熊猫》中配音的是一条身手不凡的“美女蛇”。2011年，她加盟警匪剧《南城警事》第四季。

2012年，刘玉玲成为CBS版的福尔摩斯《基本演绎法》中华生的扮演者。同年11月2日，她出演的动作电影《铁拳》在美国上映。

2013年1月13日，第70届美国电影电视金球奖颁奖典礼在美国洛杉矶比弗利山比弗利希尔顿酒店举行，刘玉玲亮相红毯。同年，她入围奥斯卡金像奖会员。

2014年4月，刘玉玲与休·杰克曼、乔纳森·格罗夫一同公布第68届托尼奖入围名单。