刘行深（?—?），唐朝神策军左军中尉，刘季述是他的养子。
唐武宗时，官至枢密使，宰相李德裕与枢密使杨钦义、刘行深商议，相约监军不得干预军政。咸通十四年（873年）唐懿宗死后，与田令孜、韩文约等杀懿宗年长之子（具体何人待考），立年仅十二岁普王李俨（李儇）即位，是为唐僖宗，改元乾符元年。刘行深死后，刘季述接替他的地位。
