2018年5月17日，刘浩存被导演张艺谋确定为《一秒钟》的女主角；7月，她正式进入电影《一秒钟》剧组，开始自己的演艺生涯 。2019年1月，该片进入柏林电影节主竞赛单元 ；同年11月，她还与张涵予、秦海璐、张译联袂主演了由张艺谋执导的谍战电影《悬崖之上》。

2020年，刘浩存入选央视“星辰大海”青年演员优选计划；11月27日，她与张译、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。同年，她还主演了剧情电影《送你一朵小红花》，与易烊千玺、朱媛媛、高亚麟等共同演绎两个抗癌家庭的生活轨迹。