高中毕业后，她报考中央戏剧学院没有通过，转而考入北京电影学院表演系。大学时期她在班级里比较低调，没有太多演出实践。1996年，她参演军旅剧《红十字方队》，饰演司琪，角色特点鲜明，观众开始注意到她。毕业后她选择出国一段时间，回来后进入央视，担任《祖国各地》外景主持人。她做了一些基础工作，慢慢适应主持岗位。
重返影视后，刘威葳陆续接了一些剧集。2000年前后，她和高群书导演合作《命案十三宗》，该剧反响不错，她的表现得到认可。2003年，她参演高群书执导的《征服》，饰演李梅，与孙红雷、江珊等人搭档。
拍摄过程中，她与高群书因长期合作产生感情，两人公开过恋爱关系，一度有结婚说法。2007年底到2008年初，两人因为性格和年龄差异分开。分开前后，部分观众因为《征服》里的角色关系，把她和孙红雷联想在一起，传出各种说法。她在公开场合表示，表演要分清戏里戏外，从来没有确认过那些传闻。
2007年左右，刘威葳参演电影《左右》，由王小帅执导。她饰演枚竹，与张嘉译饰演一对离异夫妻，故事围绕家庭和孩子展开。影片2008年上映，获得国际电影节肯定。她在片中的表演自然，处理了复杂的情感层次。观众看完后，有些人把戏中关系带到现实，又传出她和张嘉译有婚姻经历的说法。
实际上两人只是这部电影的合作对象，张嘉译当时有自己的生活安排，刘威葳也没有任何离婚记录。她后来在社交平台上澄清，自己没有前夫，也没有和张嘉译有过婚姻关系。她选择继续专注拍戏，没有过多卷入解释。
2014年2月28日，刘威葳和丈夫在南澳Port Willunga海滩举办婚礼，只邀请双方亲友，没有娱乐圈人士参加。婚礼形式简单，低调处理个人事务。婚后她调整了工作节奏，但没有完全停止演戏。
刘威葳的路径从央视主持转到演员，中间经历过职业调整。大学时她觉得自己在外形和经验上不是最突出，所以更注重表演积累。出国回来主持，让她接触不同环境，重返剧组后，她一步步通过角色证明自己。面对绯闻，她保持克制，没有借此扩大关注。
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