1977年进入湖北医科大学医疗系（现武汉大学医学部）。 1982年获湖北医科大学医学学士学位。 1985年获湖北医科大学妇产科硕士学位。 1989年赴比利时留学，1991年获比利时布鲁塞尔自由大学生物医学硕士学位。 1995年获比利时布鲁塞尔自由大学生物医学博士学位。 1992年-1995任ICSI技术创始机构首席主任及胚胎着床前遗传病诊断（PGD）实验室主任。 1995年-2002年任美国大巴尔的摩医学中心人工辅助生殖中心主任和PGD室主任。 2003年被聘为武汉大学教授。 2004年建立北京家恩德运医院。 2011年创建家恩德运医院遗传学实验室。 在国际著名学术刊物上发表论著百余篇，有多项国际首创技术，例如：世界首例植入前胚胎DMD诊断技术、世界首例将ICSI应用于PGD、超快速植入前胚胎单细胞DNA荧光原位杂交技术（FISH）、植入前胚胎单细胞重复DNA荧光原位杂交技术等。 曾数次在国际生殖医学领域获奖： 1990年获得比利时—荷兰胚胎学学会授予“青年科学家奖”； 1993年获得美国和欧洲生殖医学会共同授予的“大西洋生殖医学交流奖”； 1998年获得美国和世界生殖与避孕学会共同授予的“辅助生殖技术奖”。

刘家恩博士长期从事不孕不育症的治疗和辅助生殖助孕工作。擅长常规试管婴儿（IVF-ET）、卵胞浆内单精子注射（ICSI）、个性化促排卵方案的制定、宫腔内人工授精（IUI）、植入前胚胎DMD诊断技术、睾丸精子体外培养成熟技术、胚胎单细胞DNA荧光原位杂交技术(FISH)、植入前胚胎单细胞重复DNA荧光原位杂交技术等。针对患者的不同情况制定个性化诊疗方案，对复杂、疑难的不孕不育症诊疗具有丰富的临床经验，尤其对高龄助孕、卵巢早衰、卵巢功能减退、卵泡发育不良、薄型子宫内膜、试管移植反复失败、多次流产及胎停、胚胎发育异常等有深入研究。