刘国梁获得过两次奥运会金牌。1996年奥运会上获男双（与孔令辉）、男单双料冠军，还是中国第一位世乒赛、世界杯和奥运会“大满贯”获得者，世界杯后在国际乒联排名榜上跃居首位。

曾获得中国乒协杯赛男双冠军（与孔令辉）、男单第三名，第26届奥运会男单冠军，男双（与孔令辉）冠军，第17届世界杯男单冠军，亚锦赛男双冠军，男团、男单、混双亚军，中国公开赛男双冠军。

2003年6月－2017年4月，刘国梁收拍执教，先后出任中国乒乓球男队主教练、中国乒乓球总教练。

教练员时代的刘国梁带领中国乒乓球队获得了三十多项国际赛事冠军。

2018年9月，中国乒乓球协会成立第九届委员会换届筹备工作小组，刘国梁任工作小组组长并主持协会工作。2021年7月14日，2020年东京奥运会中国体育代表团名单公布，刘国梁担任乒乓球项目领队。