早期经历
刘蕙瑕3岁开始练习体操，7岁改练跳水，8岁进湖北省跳水队，12岁进国家跳水集训队。
运动生涯
2006年，刘蕙瑕参加第12届湖北省运会跳水赛，连夺3枚金牌。
2009年，刘蕙瑕代表湖北省参加全国少儿跳水比赛，取得两枚银牌；同年，闯进第11届全运会女子跳水赛决赛，随后入选国家跳水队。
2011年5月，在全国跳水冠军赛女子双人十米台中，刘蕙瑕搭档朱佳名一路领先，最终以355.62分获得冠军；10月，在第七届全国城市运动会跳水决赛中，刘蕙瑕在女子全能项目中经过5轮十米跳台和5轮三米跳板的角逐后，以超出第二名近15分的成绩夺冠。
2012年5月，刘蕙瑕再次搭档朱佳名以341.28分的成绩获得全国跳水冠军赛女子双人十米跳台冠军；6月，在国际泳联跳水大奖赛博尔扎诺站女子十米跳台中，刘蕙瑕以385.90分获得冠军。
2013年3月，在世界跳水系列赛北京站女子双人十米台决中，刘蕙瑕搭档陈若琳以351.78分获得桂冠；5月，刘蕙瑕以401.05分的总成绩加冕国际泳联跳水系列赛墨西哥站女子十米台决赛；7月，在第15届游泳世锦赛女子双人十米台决赛中，刘蕙瑕与队友合作，以5个满分10分，总成绩356.28分获得冠军，这也是刘蕙瑕获得个人第一枚世界大赛金牌；8月，在第十二届全运会跳水女子双人十米跳台决赛中，刘蕙瑕与队友以347.10分获得第一名。
2014年7月，刘蕙瑕获得跳水世界杯赛女子双人十米台冠军、女子十米跳台亚军；9月，在2014年仁川亚运会跳水项目女子双人十米跳台决赛中，刘蕙瑕搭档陈若琳，以总成绩346.50分锁定冠军；12月，刘蕙瑕首度当选国际泳联年度最佳女子跳水运动员。
2015年3月，在全国跳水冠军赛武汉站中，刘蕙瑕一人获得女单十米台、女双十米台两枚金牌；7月，在喀山游泳世锦赛女子双人十米跳台决赛中，预赛排名第一的刘蕙瑕/陈若琳组合一路领先，最终以359.52分的成绩获得冠军。
2016年2月，在巴西里约热内卢举行的跳水世界杯女子双人十米台决赛中，刘蕙瑕与陈若琳以344.04分的总成绩获得冠军；8月，在巴西里约热内卢举行的奥运会女子双人十米台决赛中，与陈若琳以354.00分的总成绩获得冠军。
比赛成绩
| 个人成绩 |
| ? 2016年，国际泳联跳水系列赛阿联酋迪拜站女单十米台冠军。 |
| ? 2012年，国际泳联跳水大奖赛博尔扎诺站女子单人10米台冠军。 |
| ? 2011年，第七届全国城市运动会女子跳水个人全能决赛金牌。 |
| 双人比赛 |
| ? 2016年，里约跳水世界杯女子双人十米台冠军（搭档陈若琳）。 |
| ? 2016年，国际泳联跳水系列赛加拿大温莎站女双十米台冠军（搭档陈若琳）。 |
| ? 2016年，里约奥运会女子双人十米台冠军（搭档陈若琳）。 |
| ? 2015年，国际泳联（FINA）世界跳水系列赛北京站女子双人十米台冠军（搭档陈若琳）。 |
| ? 2015年，喀山世界游泳锦标赛女子跳水双人十米台冠军（搭档陈若琳）。 |
| ? 2014年，第19届国际泳联跳水世界杯女子双人十米台冠军（搭档陈若琳）。 |
| ? 2013年，第十五届巴塞罗那世界游泳锦标赛女子双人10米跳台冠军（搭档陈若琳）。 |
| ? 2013年，第十二届全国运动会女子双人10米跳台冠军（搭档朱佳名）。 |
| ? 2012年，全国跳水冠军赛奥运会选拔赛女子双人10米跳台冠军（搭档朱佳名）。 |
| ? 2012年，国际泳联跳水大奖赛美国站女子双人10米跳台冠军（搭档朱佳名）。 |
| ? 2011年，全国跳水冠军赛女子双人10米跳台冠军（搭档朱佳名）。 |
| ? 2011年，国际泳联跳水大奖赛马德里站女子双人10米台冠军（搭档朱佳名）。 |
| ? 2011年，国际泳联跳水大奖赛加拿大站女子双人10米跳台冠军（搭档朱佳名）。 |
| ? 2010年，全国跳水赛女子双人10米跳台冠军（搭档朱佳名）。 |
社会评价
刘蕙瑕是善于与搭档配对的双人项目好手。（网易评）
刘蕙瑕是湖北省备战2016年里约热内卢奥运会的运动员中最具实力的运动员，也最有希望为湖北省延续“奥运届届见金”的辉煌。（湖北日报评）
荣誉记录
2016年8月30日，为了表彰我国体育健儿在里约奥运会上取得的优异成绩，刘蕙瑕被授予全国五一劳动奖状。
2016年9月4日，黄石、大冶两级政府分别召开隆重的表彰会，嘉奖在里约奥运会上夺得女子双人10米台跳水冠军的黄石健儿刘蕙瑕。
2016年11月23日，中国十佳劳伦斯最佳组合奖，刘蕙瑕入围候选名单。
2017年1月4日，刘蕙瑕入围2016年度授予体育运动荣誉奖章的运动员名单。