刘天阳出生于湖南长沙。父亲是一名医生,母亲是一名护士和国际二级运动员。刘天阳的父母从小注重她的艺术发展,三岁时刘天阳被家里送入湖南省歌舞剧院开始学习舞蹈,在校期间她多次获得舞蹈大赛第一名。小学时刘天阳的父母离异,独立性强的她便开始照顾弟弟。初中考入广州市艺术学校歌舞系,开始进行专业训练。
刘天阳写真2007年,刘天阳完成广州市艺术学校的学习后回到长沙,碰巧一名电视台导演找到了她,拍摄了一部短片。此后在长沙便开始有众多剧组电视台联系她参与拍摄。2008年,刘天阳获得中华情艺艺术风采全国舞蹈大赛银奖,并取得英国DESTINATIONIMAGINATION大赛表演类第一名,综合类第二名,以及“BlingBling校花纪,青春季”真人秀长沙前30强。同年,她拍摄了湖南数字电视的宣传片,在片中饰演女主角。随后,又在“汉语桥”总决赛中与张杰,谭维维共同演出。2014年7月,刘天阳参加百度文学封女神”选秀活动,最终以534040票当选第二期“封女神”贴吧人气冠军。11月27日,刘天阳首次涉足主持界,担任百度文学成立发布会的主持人。12月,在第二期“封女神”宣传片《仙路争锋》中饰演了女主角沈晴丹。同年,刘天阳加入网络剧《终极教师2》剧组,在剧中饰演小妖一角。2015年6月,刘天阳与张亚飞,陈佩珊合作主演的爱情喜剧电影《霸道总裁别惹我》上映,剧中她饰演了活泼直爽的杜月儿。9月,由高泽阳执导的网络电影《我是路人乙》开机,刘天阳在片中饰演女一号赵雅心。11月,刘天阳搭档张一山出演的悬疑惊悚电影《闺房秘影》开机,她在其中饰演豆豆,与歌唱家苏小明上演母女档。同年年底,刘天阳与章子怡,葛优,闫妮共同出演悬疑谍战电影《罗曼蒂克消亡史》,饰演闫妮的贴身丫鬟小环。剧照2016年5月,刘天阳与张铎,林晨合作主演喜剧悬疑电影《大赌豪之龙兄虎弟》,饰演一个在赌界技术高超的失心疯女孩。8月24日,由杨光执导的玄幻喜剧电影《狐仙情缘》在北京开机,刘天阳在片中饰演痴情的小狐仙魅娇。而在系列电影《丽人保镖》中,刘天阳饰演了单元女主角郑小佩。
2008年,刘天阳参与拍摄湖南经视“汶川地震心系我心”公益广告,并录制了“抗震救灾”系列节目,担任“青少年爱心大使”。
刘天阳从小对自己有着明确的想法,是个很懂事的女孩。她眉目如画,气质清新,有着清逸脱俗又不失纯情的气质,且舞蹈功底深厚,身姿轻灵又曼妙,被大众誉为“最像刘亦菲的小刘亦菲”。刘天阳因参加“封女神”海选活动受到关注,并因此获得网络剧《终极教师》主创团队青睐,其后刘天阳的表演天赋逐渐受到圈内认可。并在电影《霸道总裁别惹我》及《罗曼蒂克消亡史》等作品中展现出多面可塑性。