2012年8月，刘宇航首次参加了第五届新面孔中国模特大赛，获得黑龙江赛区亚军；12月22日，他最终获得了全国总决赛男模组冠军，以及2012年度中国模特十佳新面孔最具风度奖  。

2017年6月5日，参演由吴锦源执导，赵丽颖、林更新、窦骁、李沁领衔主演的古装励志剧《楚乔传》，他在剧中饰演秀丽军小将葛奇；而这也是他个人的首部电视剧作品。8月8日，刘宇航与范世錡、黄灿灿、徐峰等人主演的都市奇幻爱情网络剧《我家来了个怪男人》在爱奇艺播出，他在剧中饰演动漫周边店老板王沫。8月17日，刘宇航与林枫烨、程琢、付赫安琪、刘溪溪等人联袂主演的古装玄幻主题电影《法·海》在浙江象山影视城正式杀青  。