刘虹出生于江西省吉安市安福县，小时候特别淘气，体力很好，经常被体育老师要求去参加各种运动会。一次运动会上，刘虹的表现很偶然地被江西省田径队的教练看到，觉得刘虹运动天赋不错，于是让她练习竞走，刘虹开始了最初级的业余竞走训练。2002年，调入深圳市福田区体校，从此走上了竞走专业训练。

2004年全国青年锦标赛获得女子20公里竞走第六名。

2005年，在南宁举行的全国青年竞走锦标赛以1小时32分20秒获得女子竞走20公里第一名；4月，在慈溪举行的国际田联竞走挑战赛以1小时29分9秒的成绩仅获得第十名；10月，在南京举行的第十届全运会以1小时30分22秒获得第八名。

2006年4月，扬州国际田联竞走挑战赛以1小时28分26秒的成绩获得第三名；5月，西班牙世界杯竞走赛以1小时28分59秒的成绩获得第六名；8月，第11届世界青年锦标赛女子10公里竞走以45分12秒84获得冠军；12月，在卡塔尔多哈举行的亚运会中，以1小时32分19秒的成绩获得女子20公里竞走冠军。

2007年第六届城运会上获得女子20公里竞走冠军。

2008年4月，北京国际田联竞走挑战赛以1小时29分30秒的成绩获得女子20公里竞走第一名，8月，在北京奥运会上以1小时27分17秒的成绩获得第四名，创造了个人比赛的最好成绩。

2009年8月，在柏林世锦赛女子20公里竞走比赛中以1小时29分10秒获得第三名；10月，在第十一届全运会女子20公里竞走比赛中以1小时28分11秒夺得金牌，这一成绩比她在柏林世锦赛提高了差不多一分钟，这也是刘虹2009年以来取得的最好成绩。 11月，在广州举行的第18届亚洲田径锦标赛，女子20公里竞走比赛中因吃到了3张红牌被罚出场，没有成绩。

2010年11月，广州亚运会女子20公里竞走比赛中，刘虹采取跟随战术，赛程过半后，开始加速并超越对手，在此后的较量中，刘虹被判屈膝犯规两次，但速度仍未有减缓的趋势，最终以1小时30分06秒获得冠军。

2011年4月，在国际田联竞走挑战赛暨全国冠军赛，刘虹以1小时27分17秒的成绩获得冠军；8月，大邱世界田径锦标赛女子20公里竞走，刘虹以1小时30分00秒获得银牌。

2012年3月，在国际田联竞走挑战赛太仓站女子20公里竞走比赛中，刘虹以1小时25分46秒的成绩获得冠军，这个成绩打破了由中国选手王妍保持的1小时26分22秒的亚洲记录。 8月，在伦敦奥运会女子20公里竞走决赛中，以1小时26分获得第四名.

2013年3月，在国际田联竞走挑战赛瑞士卢加诺站比赛中，刘虹以1小时27分06秒夺冠，打破了俄罗斯选手西比列娃2012年创造的1小时28分03秒的赛会纪录。5月，第十二届全运会女子20公里竞走，以1小时27分53秒的成绩获得第二名。8月，莫斯科世界田径锦标赛女子20公里竞走，刘虹以1小时28分10秒的成绩获得第三名。11月，在苏州举行的环太湖国际竞走多日赛女子15公里的比赛中，刘虹1小时10分39秒的成绩获得冠军。

2014年3月，刘虹在国际田联竞走挑战赛瑞士卢加诺站的比赛中以1小时27分25秒摘得女子20公里竞走金牌。

2015年4月，国际田联竞走挑战赛葡萄牙里奥马约尔大奖赛的比赛中，刘虹以1小时27分22秒的赛季最好成绩获得冠军。 6月，国际田联竞走挑战赛拉科鲁尼亚站女子20公里竞走比赛，刘虹以1小时24分38秒获得冠军，并打破了1小时25分02秒的世界纪录，这一纪录同年7月被国际田联正式认可。8月，在北京举行的世界田径锦标赛女子20公里竞走比赛中，刘虹以1小时27分45秒的成绩获得冠军。 12月，刘虹被新华社评为2015年中国十佳运动员。

2016年3月，在全国竞走大奖赛暨奥运会选拔赛女子20公里竞走比赛中，刘虹早早确立优势，后半段基本上就是一人独自领走，以1小时25分56秒的成绩获得冠军，同时也获得里约奥运该项目的参赛资格。5月，在意大利罗马进行的国际田联竞走团体世锦赛中，刘虹以1小时25分59秒的成绩获得女子20公里竞走冠军。8月20日，里约奥运会女子20公里竞走决赛，刘虹以1小时28分35秒的成绩获得冠军。

2016年11月11日，中国体育价值榜“2016里约奥运会中国代表团运动员、运动队传播影响力榜”在京发布，刘虹排名第24。

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，刘虹被授予全国五一劳动奖状。

刘虹是一个对自己要求高，具有远大抱负的女运动员，其最大的优势就在于心理素质好，即使面对强大的对手也不会紧张，表现从容稳定。（孙荔安评）

刘虹自从2005年参加国际比赛以来，进步神速，不仅表现在成绩，也体现在技术上。与世界一流选手如俄罗斯的卡尼斯尼娜相比，刘虹的努力点还是应该放在技术上，应该进一步改进技术，努力获得更多国际裁判的认可。（张阜新评）