劉天佐2006年與王寶強、張國強、張譯等聯袂主演軍事動作、青春勵志劇《士兵突擊》，飾演一級士官、許三多5班戰友老魏。同年參演農村題材電視劇《插樹嶺》，在劇中飾演牛栓柱。2008年與張譯、張國強、段奕宏、邢佳棟共同主演戰爭題材電視連續劇《我的團長我的團》，飾演綽號叫克虜伯的川軍團炮兵時小毛。 2009年劉天佐在河北參與拍攝戰爭劇《爲了新中國前進》，劇中他飾演爽直、貪吃，又有些怕老婆的牛玉合。同年，參演由蘭曉龍編劇、孔笙導演的電視劇《生死線》，飾演老實憨厚、重情重義的竇六品。2011年，與文章、姚笛、艾如聯袂主演都市情感題材劇《裸婚時代》，在劇中飾演劉易陽的好哥們冬瓜。2016年在都市情感大戲《嘿，孩子！》中飾演健身教練方樂一角。
同年，與楊爍、張鐸、王黎雯、張佳寧共同主演電視劇《蟻族的奮鬥》，飾演幽默風趣的外來打工仔馮大寶。2012年都市情感劇《我的經濟適用男》在東方衛視熱播，劉天佐在劇中飾演IT公司職員、陳啓中大學同學兼好友蔡軍。2013年與任泉、畢彥君、閻娜聯袂主演32集家庭倫理劇《放開我的手》，飾演謝東偉。同年還參演電視劇《裸嫁時代》並飾演祝賀。
2014年與李易峯、楊洋、張智堯、魏巍合作超級季播劇《盜墓筆記》，飾演北派職業盜墓人王胖子。從早年《我的團長我的團》中的克虜伯，到《蟻族的奮鬥》裏的馮大寶，劉天佐所塑造的每個人物都有鮮明的個性特徵。在《士兵突擊》、《生死線》、《裸婚時代》等劇中，劉天佐皆憑藉其絕不雷同且不落俗套的演技征服了不少觀衆，特別是《裸婚時代》中的冬瓜一角，令劉天佐人氣大漲。
