98年1月起入职航天员并从空军改隶属总装备部，改为陆军，2005年曾经为神舟六号候任航天员。在2008年9月25日神七升空任务中，刘伯明的队友还有翟志刚、景海鹏两位。9月27日在翟志刚出舱活动中，刘伯明在轨道舱协助，上半身出舱，也符合美国和俄罗斯对舱外活动的两种定义。因此，刘伯明是舱外活动的第二位中国人，不过中国官方报道中，并未将其称为出舱活动。2015年，获晋升为少将军衔。
家庭.刘伯明已婚，妻子是张瑶，育有一个女儿。