考古学研究的是一万年以后人类历史文明的发展过程，是历史学研究范畴；而刘建妮的古生物学研究的是一万年以前人类自身发展及演化的进程，是地质学研究范畴，更确切地说：是寻找人类的祖先！
在这一过程中，“寒武纪生命大爆发”被称为进化生物学的一大悬案。
刘建妮介绍，在寒武纪海洋中，有一类躯干（身体）柔软，并且具有成对的、不分节的柔软的叶片状附肢（腿）的动物，称之为“叶足动物”。正是由于叶足动物柔软的躯干及不分节的附肢，使得许多古生物学家和进化生物学家猜测它们很可能是节肢动物的一类原始祖先。然而由于缺乏化石证据，研究一直没有实质性的进展。
2006年，刘建妮在我国云南澄江化石库发现了一些造型“奇特”的古生物化石。经过反复查阅资料、分析及研究。5年后，她发现了这种奇特化石所传递的关键信息：化石中的叶足动物已经发育出分节的附肢，但却仍保留着柔软的蠕形躯干。确凿的化石证据表明节肢动物附肢的分节早于躯干的分节，这一发现首次初步破解了节肢动物起源与早期演化这一长期困扰学术界的科学难题。
因为化石的产地是云南，而且形似长刺的仙人掌，因而命名为“仙人掌滇虫”。教育部将仙人掌滇虫的研究评选为2011年度“中国高等学校十大科技进展”。入选了2012年度国际十大生物新属种。
实验室整理化石是个细致活，要用细针在显微镜下一点点的剥离。轻重也要拿捏到位，手轻了岩石剥不下来，手重了可能会损伤化石。一般分离出一块完整的化石至少需要一到两周、甚至是几个月的时间。“在高倍显微镜下完成这项工作，尤其需要平稳的心态，每一种波动的情绪都可能伤害到化石。”刘建妮说。
“只有大量的文献积淀才能在接触化石时拥有敏锐的判断力。对比之下，野外采集化石反而是一种极好的调剂。”刘建妮说，这就需要把冷板凳坐热。
在做好专业课的教学工作之余还不忘科普教育，她所开设并主讲的全校通识课《化石趣谈》入选2012年度教育部精品视频公开课，在教育部门户网站“爱课程网”和网易公开课上深受欢迎。
2018年4月，主题为“用科学做公益，让爱无处不在”的“精彩科学百校行”公益性科普活动首站走进洛南，刘建妮教授代表青年科学家作为首位开讲专家，为现场600多名师生做了题为《行走的仙人掌来啦》的科普报告，让孩子们感受到了来自古生物学的科学魅力。
此外，在刘建妮教授的提议下，在第二届青年科学社会责任论坛的开幕式上成立了“青年科学家巡讲团”。今年4月29日，刘建妮教授启动了公益巡讲服务工作，计划一年内在贫困山区中小学进行100场巡讲，以实际行动助力科技扶贫。
