Jako dcera imigrantů Luci Liu, celým jménem Lucy Alexis Liu, do pěti let mluvila pouze čínsky. Studovala na University of Michigan at Ann Arbor obor asijských jazyků a kultur. První roli ztvárnila v 21 letech, a to ve školní hře Alenka v říši divů. Poté se rozhodla pro kariéru herečky a odstěhovala se Los Angeles.
Když se Luci Liu snažila prorazit v herecké branži, pracovala jako sekretářka, servírka, hosteska a instruktorka aerobiku. Castingy, na něž pravidelně docházela, jí nejprve vynesly malé úlohy mj. v seriálech Beverly Hills 902 10, Pohotovosti či Aktech X.
Na filmovém plátně se hollywoodská hvězda Lucy Liu poprvé objevila jako jedna z bývalých přítelkyň v romanci s Tomem Cruisem a Renée Zellweger Jerry Maguire (1996). Zlom v její kariéře přineslo ztvárnění právničky v úspěšném seriálu Ally McBeal.
Poté Lucy Liu dostala jednu hlavních rolí - společně s Cameron Diaz a Drew Barrymore - v Charlieho andílcích (2000) a jeho pokračováních. Svou lásku k bojovým uměním, jako je kick-box, kung-fu i v boji s nožem a tyčí Kali-Eskrima-Silat, uplatnila v roli vražedkyně O-Ren Ishii v hitu Quentina Tarantina Kill Bill.
Roli zlověstné bohyně Kalypso si Lucy Liu střihla ve filmu Shazam! Fury of the Gods (Shazam! Hněv bohů), což je pokračování úspěšného sci-fi Shazam!
Kromě hraných filmů si Lucy Liu též občas odskočí do těch animovaných. Svůj hlas propůjčila třeba zmiji v oblíbeném bijáku Kug Fu Panda a jeho dalších dílech. Objevila se v řadě dokumentárních snímků a televizních pořadů.
Uspěla i jako příležitostná režisérka a producentka. Lucy Liu se také věnuje výtvarnému umění. Vystavuje v galeriích po celém světě.
Kromě bojových umění Lucy Liu ráda lyžuje, leze po horách, jezdí na koni, hraje na akordeon a fotí. Spodní část jejích zad zdobí vytetovaný tygr.
Jedna z nejznámějších amerických Asiatek Lucy Liu má syna Rockwella Lloyda.