2005年，刘多仁参演由孔刘、孔孝真、金多铉等主演的青春浪漫爱情剧《饼干老师星星糖》，她也因此而正式出道；随后，参加了由高鸿植执导，金元姬、李奎汉主演的时尚爱情剧《爱情需要奇迹》的演出。
2006年8月17日，与申世景、都知嫄合作，主演了由奉万台执导的惊悚片《灰姑娘》，在片中饰演了对整形有着强烈的愿望的高中生“秀静”，这是其首次出演电影；12月，与郑俊浩合作，在歌手朴尚民的MV《不要哭》中饰演一对情侣。这是刘多仁第一次出演MV女主角，更是首次尝试浪漫爱情演技。
2008年，与在熙共同担任了魔幻动作电影《神赋予的任务》的主演，刘多仁扮演与妖魔鬼怪为敌的强悍女性“申”。
2011年2月17日，刘多仁与柳演锡主演的情感电影《惠化，洞》上映，其出演为了爱情未婚先孕并生下孩子的高中生“惠花”。凭借该角色，刘多仁获得了第48届韩国电影大钟奖和第32届韩国青龙电影奖最佳新人女演员奖提名；9月29日，刘多仁参演了由孙英成执导，朴熙顺、河正宇、张赫主演的法庭悬疑片《委托人》。
2012年2月29日，与延宇振、权律、金美京等主演的悬疑情感剧《普通的恋爱》首播，刘多仁饰演杀人嫌犯的模范生女儿“金润惠”，由此获得了2012年KBS演技大赏独幕剧奖；10月25日，搭档金仁权主演的喜剧电影《钢铁大吴》上映，其在片中出演激起了主人公革命本能的清纯女大学生“艺琳”。
2013年，刘多仁与孔刘、朴熙顺、赵成夏等主演了由元信延执导的动作片《嫌疑者》，饰演一心想揭开事情真相的热血记者“崔京姬”。
2014年，与金英光、庆收真、吴政世合作，主演了刘鹤赞执导的爱情电视剧《九数少年》，刘多仁扮演吴政世的旧爱“朱多仁”。
2016年，刘多仁携手张娜拉、郑敬淏、权律等人，主演了权成昌执导的浪漫爱情喜剧《再一次happyending》，饰演面临离婚的危机却又查出乳腺癌的不幸女人“白多情”。同年，参演《举重妖精金福珠》，饰演汉尔体大的医务室医生高雅英。
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