Na filmovém plátně Lily Collins, celým jménem Lily Jane Collins, debutovala v roce 2009 v životopisném snímku Zrození šampióna. Ve stejném roce si zahrála ve dvou dílech seriálu 90210: Nová generace.
Svou první hlavní roli Lily Collins dostala v roce 2012. Zahrála si Sněhurku ve filmu Mirror Mirror. Od té doby se předvedla v řadě filmů, např. The Mortal Instruments: Město z kostí, Až na kost, Extrémně zlý, šokující a podlý, Dědictví, Kapky.
Velký úspěch Lily Collins slavila s hlavními rolemi ve filmu Pravidla neplatí (2016) a v seriálu z produkce společnosti Netflix Emily in Paris (začal se vysílat v roce 2020). Za obě byla nominována na Zlatý glóbus.
Kromě herecké kariéry se Lily Collins stala i žádanou modelkou, spolupracovala mj. se značkami Chanel, Max Mara nebo Lancôme. Je též uznávanou autorkou. Své texty publikovala v několika periodikách a vyšly jí mj. memoáry.
Stejně jako mnoho dalších herců se Lily Collins věnuje charitě. Působí jako vyslankyně dobré vůle kampaně GO, která shromažďuje finanční prostředky pro sirotky a ohrožené děti po celém světě.
Otcem Lily Collins je hudebník Phil Collins a matkou Jill Tavelman, prezidentka ženského klubu v Beverly Hills.
V roce 2021 se Lily Collins provdala za režiséra Charliho McDowella.