2013年，刘恬汝签约浙江梦幻星生园影视文化，并参演古装探案剧《大明按察使之铁血断案》正式出道，剧中饰演素云；同年在微电影《爱的练习曲》饰演女一号；同年10月13日，获得第六届《外滩画报》美丽天使暨首届外滩绅士模特大赛冠军。

2014年4月，刘恬汝搭档刘恺威、郑爽、李东学共同出演年代爱情剧《抓住彩虹的男人》，在剧中饰演单纯俏皮的吴彩云；11月，搭档贾乃亮、陈乔恩、郑爽共同出演年代军校热血励志剧《偏偏喜欢你》，并在剧中饰演古灵精怪的千金大小姐沈文雨。

2015年4月13日，参演匪我思存同名小说改编的清宫电视剧《寂寞空庭春欲晚》，在剧中出演琳琅的好姐妹芸初。