2004年进入国家队。2008年，周吕鑫参加2008年北京奥运会10米跳台跳水比赛，在最后一跳前仍然遥遥领先。然而，周吕鑫在最后一跳中意外出现失误，被澳大利亚选手马修·米查姆反超，仅获得银牌。此后，周吕鑫的状态陷入低迷，在多届大赛中都表现平平，主力位置被邱波取代。2012年，周吕鑫在奥运选拔赛中失利，无缘出战2012年伦敦奥运会。