2004年2月,進入中國國家乒乓球隊二隊。7月,參加在印度舉行的乒乓球亞洲少年賽,獲得女子團體冠軍和女雙冠軍。10月,參加在葡萄牙舉行的世界少年乒乓球挑戰(zhàn)賽,獲得女單冠軍。11月,出戰(zhàn)在日本神戶舉行的世界青年乒乓球錦標賽,獲得女雙冠軍、混雙冠軍、女子團體冠軍和女單亞軍。
2005年,進入中國國家乒乓球隊一隊。9月1日,在第17屆亞洲乒乓球錦標賽女雙決賽中,獲得冠軍。
2007年11月,全國乒乓球錦標賽,女單項目中,第一次獲得全國錦標賽女子單打冠軍。
2009年10月,參加2009年女子乒乓球世界杯,女單項目中,加冕個人首個世界冠軍。女團項目中,獲得冠軍。
2010年1月,首次登上世界第一寶座。1月,參加國際乒聯(lián)巡回賽總決賽,女雙項目中,獲得冠軍。3月,在乒乓球亞洲杯女單決賽中,首次獲得亞洲杯女單冠軍。在世界杯團體賽中,幫助中國隊獲得女團冠軍。11月,參加2010年廣州亞運會,女團項目中,隨中國隊獲得女團冠軍。
2011年11月,在國際乒聯(lián)職業(yè)巡回賽總決賽女單決賽中,獲得冠軍。
2012年2月,參加亞洲乒乓球錦標賽,女團決賽中,獲得冠軍。4月,參加第25屆亞洲杯乒乓球賽,女單決賽中奪得冠軍。同月,跟隨中國隊獲得世界乒乓球團體錦標賽女團冠軍。9月,在女子乒乓球世界杯女單決賽中,獲單打冠軍。12月,在國際乒聯(lián)職業(yè)巡回賽總決賽女單決賽中,成功衛(wèi)冕。
2013年1月,在2012年中國乒乓球超級聯(lián)賽女子團體決賽中,獲得冠軍。這也是奪得的首個乒超冠軍。4月,在2013年乒乓球亞洲杯女單決賽中,成為首位三次獲得亞洲杯女單冠軍的運動員。7月,在2013年亞洲乒乓球錦標賽女團決賽中,獲得冠軍。出戰(zhàn)亞洲乒乓球錦標賽女單決賽,獲得冠軍。9月,參加2013年女子乒乓球世界杯,女單決賽中,個人第三次獲得女乒世界杯冠軍。
2014年1月,在國際乒聯(lián)巡回賽總決賽女單決賽中,成為首位獲得國際乒聯(lián)巡回賽總決賽女單三連冠的選手。5月,在2014年世界乒乓球團體賽女團決賽中,幫助中國隊獲得冠軍。9月,參加2014年仁川亞運會,乒乓球女團決賽中,獲得冠軍。女單決賽中,獲得冠軍。
2015年5月,參加世界乒乓球錦標賽,女雙決賽中,獲得冠軍。11月,參加女子乒乓球世界杯女單決賽,追平王楠、張怡寧世界杯單打冠軍的紀錄。
2016年,在世界乒乓球團體賽女團決賽中,獲得冠軍。4月,出戰(zhàn)乒乓球亞洲杯女單決賽,贏得冠軍。8月,在2016年里約奧運會乒乓球女團決賽中,獲得冠軍。
2017年6月,在杜塞爾多夫世乒賽中,奪得女雙冠軍。女雙決賽中,獲得女雙冠軍。
2018年,獲得2018年乒乓球世界杯女團冠軍。
2019年4月,世乒賽混雙決賽,奪得冠軍。出戰(zhàn)世乒賽女單決賽,首度問鼎世乒賽女單冠軍。9月,出戰(zhàn)亞洲錦標賽女團決賽、混雙決賽,奪得冠軍。10月,在國際乒聯(lián)女乒世界杯決賽中,第五次獲得世界杯冠軍,成為女乒世界杯歷史上第一位“五冠王”。乒乓球團體世界杯女團決賽中,獲得冠軍,中國女隊獲得九連冠。12月,參加國際乒聯(lián)總決賽,獲得混雙冠軍。
2021年7月,東京奧運會乒乓球混雙決賽中,獲得亞軍。
2023年8月29日,正式退役。
2021年,東京奧運會乒乓球混雙亞軍。
2016年,里約奧運會乒乓球女團冠軍。
2019年,女子單打冠軍、混合雙打冠軍。
2018年,女團冠軍。
2017年,女子雙打冠軍。
2016年,女團冠軍。
2015年,女子單打亞軍、女子雙打冠軍。
2014年,女團冠軍。
2013年,女子單打亞軍、女子雙打亞軍。
2012年,女團冠軍。
2010年,女團亞軍。
2019年,女子單打冠軍、女團冠軍。
2018年,女團冠軍。
2017年,女子單打亞軍。
2015年,女子單打冠軍、女團冠軍。
2013年,女子單打冠軍、女團冠軍。
2012年,女子單打冠軍。
2010年,女團冠軍。
2009年,女子單打冠軍、女團冠軍。
2014年,仁川亞運會女單冠軍、女雙亞軍、女團冠軍。
2010年,廣州亞運會女雙亞軍、女團冠軍。
2019年,第24屆混雙冠軍、女團冠軍。
2017年,第23屆女團冠軍。
2015年,第22屆女團冠軍。
2013年,第21屆女單冠軍、女團冠軍。
2012年,第20屆女團冠軍。
2009年,第19屆女團冠軍。
2016年,乒乓球亞洲杯女單冠軍。
2013年,乒乓球亞洲杯女單冠軍。
2012年,乒乓球亞洲杯女單冠軍。
2010年,乒乓球亞洲杯女單冠軍。
混雙決賽沒有拿冠軍,有點遺憾,但是我覺得她這種精神對球隊有巨大的幫助,是一種傳承。10個月前她做了手術,女孩子都愛美,那么大一個疤,她一直咬著牙走到東京。她來了她也拼了,也努力了,能夠把國乒女將的精神傳承給孫穎莎、王曼昱和陳夢,我覺得這是她真正的價值,要遠遠高于一塊奧運金牌。(中國乒協(xié)主席劉國梁 評)
劉詩雯能夠充分發(fā)揮了技術,表現(xiàn)出女子打法男性化的效果。希望劉詩雯能在以后的比賽更好地成長,爭取成為像張怡寧那樣的領軍人物。(中國女乒主教練施之皓 評)
劉詩雯是世界女子乒乓球運動員中爆發(fā)力是最好的,包括她的手腕、爆發(fā)力和速度。(中央電視臺體育解說員蔡猛 評)
劉詩雯成為中國女乒的后起之秀,得益于“女子打法男子化”的風格。她的特點是速度快、反應快、頭腦靈活,擅長快攻,打法兇狠,但也帶來了失誤多的缺陷,比賽中患得患失,缺少變化。(《羊城晚報》 評)
劉詩雯也無需對大家說對不起,人們有時候把國乒奪冠當成理所當然,但運動員為登上賽場都付出了巨大的汗水和犧牲,“必拿冠軍”對他們可能反而是一種心理負擔。(《紅星新聞》 評)