2003年开始参加举重训练。自2005年参加全国残疾人举重锦标赛以来,曾先后打破1项全国纪录,3项世界青年纪录,1项世界纪录。2008年,在北京残奥会男子举重75公斤级比赛中,刘磊以225公斤的成绩夺得金牌。2012年,在伦敦残奥会67.5公斤级比赛中,刘磊以218公斤的成绩获得金牌,并在第四次试举时举起226公斤,打破了世界纪录。里约奥运会上,当地时间9月11日下午2点,刘磊以221公斤的成绩获得残奥会男子举重72公斤级金牌,这是他个人的第三块奥运金牌。
曾被共青团中央,全国青联授予“中国青年五四奖章”。曾被授予全国五一劳动奖章。2022年8月,山东省委省政府给予刘磊记大功奖励。